Strike>■ > г [; А; Б. Шалинец, Г. Н. Фадеев

МИР знайий■ > г [ ; А; Б. ШАЛИНЕЦ, Г. Н. ФАДЕЕВ Радиоактивные элементы неисчерпаемых глубин атома — сами стали средством про­никновения в атом и изучения его сложной внутренней структуры.1896 год, февраль. Профессор парижской Высшей тех­нической школы Анри Вевжерель занят проверкой гипо-тезы, высказанной академиком Анри Пуанкаре о связи между способностью веществ к фосфоресценции под дей­ствием солнечного света и испусканием ими рентгенов* ского излучения. Первоначально казалось, что гипотеза Пуанкаре подтвердилась: обернутая в плотную черную Ф°тографическую бушху^^^топластинка, на которой ле-жала урановая соль, после экспозиции на солнечном све-ту оказалась засвеченной. При проявлении пластинки на7 черном~~ф~онё появляется силуэт фосфоресцирующего ве­щества. 24 февраля А. Беккерель сообщил об этом своем открытии на заседании французской Академии наук до­кладом «Об излучении, возникающем при фосфоресцен­ции». Теперь этим докладом никто не интересуется. Даже историки стараются обойти его стороной и сразу сообща­ют об открытии А. Беккерелем радиоактивности. Дело в том, что сделанный А. Беккерелем вывод оказался невер­ным, но возможно, что без этого наблюдения не была бы открыта А. Беккерелем и радиоактивность. Иногда еще до сих пор нет-нет да и встретишь мнение, будто радио­активность А. Беккерелем была открыта случайно. Слу­чайна лишь дата 1 марта, а не сам факт открытия. Как видно из только что изложенного, исследовании проводи­лись систематически и на основе хотя и неправильных, но оригинальных теоретических предпосылок. Кроме то­го, умение проводить наблюдения было, так сказать, семейной традицией Беккерелей. Дед Анри Беккереля был одним из известных электрохимиков, а отец долгое вре* мя занимался флюоресценцией, фотографией, спектро­скопией и, в частности, открыл ультрафиолетовый спектр излучения. Рано или поздно Анри Беккерель пришел бы к открытию радиоактивности, если не у солей урана, то, возможно, у солей тория. Время для такого открытия уже пришло. 1896 год, март. На заседании французской Академии наук 2 марта А. Беккерель выступил снова. Теперь onj3a- уранила и калия) и без воздействия солнечного света. 9 марта_он дополнил свое предыдущее^ор^щенж^фдкта^^ МИ, ПОДТВерЖдаВШИМИ, ЧТО ОТКРЫТ СОВйртттотгстп НОВЫЙ- особый вид; излучения^-Дно. обладало способностью даа: ряжать наэлектризованные тела, а его интенсивность но_ изменилась ни от "нагревания, ни от действия_света, ни~ от времени. Следует заметить, что сообщения А. Беккереля на современников большого впечатления не произвели: всех в значительно большей степени интересовали но какие-то «урапопые лучи» Беккероля, а открытые К. Рентгеном всепроникающие Х-лучи. В точопио года первооткрыва­тель радиоактивности почти в одиночестве продолжал изучать «урановые лучи» и сделал о них восемь докла­дов на заседаниях парижской Академии наук. Он выяс­нил, что причиной появления открытого им излучения является какое-то особое свойство урана. И его соли, я сам элемент в виде металла обладали способностью ис* пускать невидимые «лучи Беккереля», которые обладали особыми свойствами, например ионизировали газ, через который проходили. За короткое время круто изменились представления об этом излучении: от подобия его рент­геновскому и синашшому с фосфоресценцией до специ­фического излучения отдельного химического элемента, не зависящего от агрегатного состояния этого элемента и не меняющего свою интенсивность во времени. 1897 год. Анри Беккерель оставляет свои исследова­ния открытых _им лучей и начинает заниматься обнару­женным в конце 1896 г. эффектом Зеемана. Эстафета ■ исследования новог^явления, получившего щоследствюр! название «радиоактивность», была передана А. Беккере» лем его молодой сотруднице двадцатидевятилетней додь-ке Марии Склодовской-1£юди. Она продолжила исследо­вания вместе со своим мужем, известным уже к тому вре^ мени талантливым физиком Пьером Кюри.... Счастливым оказалось то обстоятельство, что продол­жение исследований оказалось в руках двух талантливых людей. Первые работы были начаты супругами Кюри в 1897 г. в парижской Высшей школе физики и химии в крайне неблагоприятных условиях. Выделение носителей излучения оказалось не только трудной интеллектуальной вадачей, но и было сопряжено с тяжелым фивическим трудом. Марии Кюри приходилось вручную обрабатыватьб71900 год. Этот год стал не только началом нового века, но и началом новой эпохи в науке. Назревал кризис ми­ровоззрения, основанного на классических представлени­ях, и немалую роль сыграли в этом радиоактивные эле­менты, атомы которых оказались способными исчезать, ис­пуская излучения. Отметим лишь два выдающихся со­бытия. Именно в этом году Эрнст Резерфорд приступил к детальному исследованию радиоактивного излучения и нашел, что часть его отклоняется магнитным поле_м_по-добяо катодным лучам ^потоку электронов. А. Беккс-рель установил, что отношение заряда этих частиц к их массе ejm такое же, как и у электронов, движущихся с большой скоростью. Стало ясно, что эта часть радиоак тивного _излучения, названная р-лучами, представляет собой поток электронов. Тогда же Э. Резерфорд отметил, что частьL излучения. хотя и очень слабо (что могло быть связано с очень мальш отношением ejm), отклоняется магнитным .полем в на-правлении, противоположном р-лучам. Эта кошшнеща, обладающая очень большой ионизирующей способностью, была названа а-лучами. В^эТом^е^оду^^Виллард обнаружил, что примерно Су01_%. (по интенсивности, т. е. по ионизирующему дей­ствию) р^киоактивного излучения не отклоняется в маг­нитном поле и способна проникать_через_любыеi преграды намного легче, чем даже рентгеновские лучи. Эта компо­нента излучения была в.азва.я& у^л.уче^ммцайзжв оказа­лось, что они представляют собой кванты •электромагнит­ного излучения. Второе событие, казалось, не имеет отношения к ра­диоактивности. 14 декабря 1900 г. в Берлинском универ­ситете Макс Планк доложил свои выводы об элементар­ном кванте действия. Это открытие было серьезным уда­ром по классической физике, философским основанием которой был принцип непрерывности изменения и рас­смотрения света как волны. По Планку изменения могли происходить по только плавно, но и скачками. Отсюда следовало, что свет — поток дискретных частиц электро­магнитного излучения с энергией E—hv. И последний штрих в предыстории атомной эры. 1905 год. Альберт Эйнштейн в статье «К электродина­мике движущихся сред» опубликовал специальную тео* ii 12 рию относительности, одним из следствий которой явля­лось знаменитое соотношение между массой и энергией:Е—т-с*. ^ РЕВОЛЮЦИОННАЯ ЛОМКА ПРЕДСТАВЛЕНИИ Непрерывная череда фундаментальнейших открытий, сделанных в течение менее чем десяти лет, потрясла са­ми основы бытовавшего мировоззрения, привела к кризи­су физики и пересмотру краеугольных принципов естест­вознания. Действительно, радиоактивность доказывала: атомы некоторых элементов способны непрерывно излу­чать энергию, следовательно должны терять массу, пре­вращая ее в энергию с постоянной во времени интенсив­ностью излучения. Однако сами вещества при этом внеш­не не изменяются. Следовательно, вещество должно отку­да-то компенсировать убыль энергии или массы. Но от­куда? Выход из тупика, по мнению многих исследовате­лей, мог быть найден либо в отказе от законов сохране­ния массы и энергии (т. е. от научного подхода к познанию природы), либо в признании существования какой-то иоиодомой субстапции, которая каким-то путем восполняот эту погорю. Такую субстанцию искать но пришлось: долго но утихали страсти вокруг теории эфира (ненаблюдаемой, заполняющей все субстанции), которо­му приходилось приписывать массу противоречивых свойств, например высокую механическую прочность и полное отсутствие вязкости при прохождении через эфир тела. Свалить исчезновение материи на эфир оказалось проще простого, многие ученые в более или менее завуа­лированном виде так и сделали. Неясным оставался во­прос: откуда эфир берет лишнюю материю? (Но это уже его дело — на то он и эфир!) Например, один из крупнейших физиков, лорд Кель­вин, радиоактивность объяснял тем, что атом то выбра­сывает электрон — разряжается (куда?), то снова погло­щает его — заряжается (откуда?), но в целом материя остается неизменной. Один из основателей термодинами­ки, Август Нернст, считал, что все пространство эаполпо-во невесомыми частицами, состоящими из положительно в отрицательно заряженных электронов. Когда такие ча­стицы попадают в атом, они расщепляются, при этом вы­деляется теплота, а высвободившиеся электроны вылета*13*'!т ют наружу — возникает излучение. Даже Пьер Кюри первое время результаты своих опытов объяснял сущест­вованием недоступных нашим органам чувств лучей, ко­торые поглощаются атомами элементов и делают их ра­диоактивными. А «отец периодического закола» Д. И. Менделеев считал радиоактивность чем-то сродни магнетизму. Все эти объяснения сводились к одному: электроны, частицы, неведомые лучи и т. д. берутся отку­да-то извне (скорее всего, конечно, из эфира), и радио­активность связана не с внутренними свойствами атомов, а с непостижимыми внешними источниками энергии. Перед лицом новых явлений, которых «не может быть» по всему предшествовавшему опыту физики, при­ходилось ломать старые, веками сложившиеся, канонизи-роваиныо представления об общей картине мира, пере­сматривать фундаментальные, основополагающие законы природы. Немногие естествоиспытатели безоговорочно приняли новые явления и нашли в себе мужество пере­шагнуть через казавшуюся тогда бездонной пропасть, разделявшую старую, классическую и новую, зарождаю­щуюся физику. Среди них русские физики профессор Н. Умов и П. Н. Лебедев, понявшие, что в самих атомах радиоактивных веществ, как в звездах, запасена безгра­ничная внутренняя энергия, питающая их излучение. Выход из сложившегося кризиса в мировоззрении уче­ных указал В. И. Ленин в программной философской ра­боте «Материализм и эмпириокритицизм». Еще в 1900 г., анализируя причины кризиса физики, причины перехода части естествоиспытателей на неверные идеологические позиции, В. И. Ленин пришел к выводу: «Материя исче­зает» — это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже, ис­чезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными» '. Далее В. И. Ленин указывал, что «диалектический материализм настаивает на приблизительном, относительном характе­ре всякого научного положения о строении материи и свойствах ее...» 2. Все дальнейшее развитие науки под­твердило глубину и прозорливость ленинского предвиде­ния, основанного на диалектическом материализме. Имен-1 Л е н и н В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 275.2 Там же.14Iл* но проникновение в глубь явлений, познание более тон« ких закономерностей природы являются непременным условней научного прогресса.^ ПОРТРЕТ АТОМА XX DKKA 19 Итак, благодаря открытию радиоактипттости возникла необходимость в пересмотре важпейших представлений, и том числе и представлений об атоме. Атом кик недели­мая частица с неизменной массой перестал существовать. Мало того, обнаружилось, что один атом способен пере­ходить п другой. Таким образом один элемент иревраща-етсн п другой беи пепких видимых усилий со стороны. 190^ год. .'). ^ Розерфорд совместно с Ф. Содди пришли к пы поду, что радиоактивное излучение является резуль» т'ат'ом" распада"~атома (прёвр"ащёния его в__вщтой_ эле* мё"1Гг)Т~Образующийся при~этом элемент также может быть радиоактивныМд^тргда цепочка радиоактивных прё^ поащении продолжится до .тех_ пор, .жша не„образуется устойчивый^_р_аспаду {стайжяышм) элемент. 1910 год. Ф. Содди открыл существование изотопов —атомов одного и того~~же элемента, о15лаДающих разнойатомной массой и разными физическими свойствами (ти-п6м"иТ5ёриодом полураспада, энергией излучения и т. д.),по одинаковыми (или почти одинаковыми — этот вопросмы рассмотрим позже) химическими свойствами. 191^ 1 год. Э. Резерфорд обнаружил существованиеатомного ядра ^"обосновал планетарную теорию строенияатома. Это открытие знаменует собой рождение атомной"физики. Чтобы почувствовать колоссальную важностьэтого события, вспомним эволюцию учения о строеннщатома. До середины XVIII в. атомы считали мополитпы*ми, неизменяющимися шариками. Вся природа состоялаиз небольшого числа таких шариков разного сорта и мас­сы (как тут не вспомнить Лукреция, считавшего, что длясоединения между собой, т. е. для образования химиче­ской связи, шарики должны иметь особые крючочки).Открытие электронов (1897) показало, однако, что атожынеоднородны, так как в них входят отрицательно заря*жоппые электроны. Чтобы быть электронейтральнымв,атомы должны иметь какие-то положительно заряжении»субстанции. В 1898 г. Дж. Томсон вместо представ­ления о монолитных шариках Д. Дальтона предложи» 1 к131 лнауки, которая, подобно благодетельной богине, держала в сильных руках под кромешным мраком человеческой жизни иэобилие, мир, ответ на бесчисленные загадки, ключи к славнейшим деяниям, ожидая, пока люди собла­говолят их взять...» •.1932 год. Д. Коккорофт и Э. Уолтон, а вслед за нимиК. Д. Синельников и А. К. Вальтер с помощью каскадно­го электростатического высоковольтного ускорителявпервые осуществили ядерную реакцию превращения ли­тия в гелий под действием протонов, ускоренных до энер­гии 800 кэВ. Советские физики и независимо от них В. Гейзенберг предложили гипотезу, согласно которой атомное ядро со­стоит из протонов и нейтронов, причем число протонов (2) определяет заряд ядра, а сумма чисел протонов и нейтропов (N) — его массу A=Z+N. год. В Ленинграде состоялась первая Всесоюзная конференция по атомному ядру, в работе которой участ­вовали Ф. Жолио-Кюри, А. Перрен, Ф. Россоти, П. Ди­рак и другие крупнейшие зарубежные физики. Председа­телем оргкомитета конференции был И. В. Курчатов. Сле­дующий 1934 г., как и 1932 г., был богат важными собы­тиями.год. Группа советских физиков под руководством академика С. И. Вавилова обнаружила и теоретически объяснила эффект свечения жидкости при движении в ней электронов (а позднее и других элементарных ча­стиц) со скоростью большей, чем фазовая скорость света в этой жидкости. Эффект Черенкова—Вавилова — возник­новение светового конуса за движущейся частицей вслед­ствие запаздывания света — лег в основу метода точного измерения скорости и направления движения электронов, мезонов, протонов и у-квантов высокой энергии. В 1958 г. П. Черенков, И. Франк и И. Тамм за это открытие были удостоены Нобелевской премии. В этом же 1934 г. было сделано еще одно открытие, автор которого был удостоен Нобелевской премии, но ко­торое на первый взгляд не имело отношения к ядерной физике. Н. Н. Семенов опубликовал созданную им теорию ценных химических реакций. Позже теория Семенова1 Уэллс Г. Освобожденный мир. — Собр. соч. М., 1964, т. 4, с. 326. легла в основу теории самоподдерживающихся развет­вленных ядерных реакций, на основе которой были созда­ны атомные реакторы. Она позволила выяснить понятия критической массы ядерного горючего и критических раз­меров атомных реакторов. В 1956 г. за общую теорию цепных реакций академик Н. Н. Семенов был удостоен Нобелевской премии. Крупнейшие открытия 1932 и 1934 гг., по существу, завершали собой первый этап атомной эры. В них был > заложено почти все, что определяло прогресс ядерной фи­зики и радиохимии в последующие шесть лет.^ ЭНЕРГИЯ АТОМНОГО ЯДРА «Мир рвался в опытах Кюри огромной ядерною бом­бой...» Эти слова одного из выдающихся поэтов, Андрея Белого, оказались пророческими. Первый шаг к освобож­дению ядерной энергии и ее использованию в мирных и, к СОЖПЛОШ110, п немирных целях был сделан в опытах второго поколения этой семьи, а именно Фредерика и Ирои Жолио-Кюри. Энергии «излучении ощо в 1919 г. была использована Э. Роэерфордом для ироирищонин оломентои. Дело при этом сводилось к иропращоиию одних стабильных элемен­тов в другие, тоже стабильные Успешной бомбардировка могли подвергнуться только атомы относительно легких элементов. Возбудить и вызвать превращения атомов тя­желых элементов а-частицы не могли. Им мешали заряд и относительно большая масса (ведь это дважды иони­зированные атомы гелия 2Не2+). Требовался иной сна­ряд, с большой энергией и нейтральный, т. е. без заряда. На возможность существования такой частицы еще л 1920 г. указывал могучий ум Э. Резерфорда. Эксперимен­тальные же поиски ее затянулись. И все же в 1932 г. Д. Чедвик обнаружил нейтрон, предсказанныи~Э. Резер-фордомТ" Масса~этои~частТщь1 близка массе протош^.„а заряд отсутствует" ^га. Сооственно, «охотиться» за нем-троном~Чедвик начал в 1924 г., когда чуть не открыл его.1930 год. Немецкие исследователи профессора В- Бо-те и Э. Беккер обнаружилид^что облучение бериллия g-лучами сопровождается неизвестным излучением, похо­жим на рентгеновское. Б~ТЭ32 г. Ирен Кюрй~й"Фредерик Жолио-Кюри наблюдали это же излучение при облучепии20 21 /9£Лъ oTuf^