Беседы об атомном ядре - [11]

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.

После нескольких опытов ученые с удивлением обнаружили, что в разных местах ящика уран «глотает» нейтроны, так сказать, с разным аппетитом. Мистика? Досадная помеха?

Э. Ферми увидел в этом нечто большее. Утром он пришел в университет с готовым объяснением. А чуть позже на одной из улиц Вечного города произошло странное событие. Группа молодых людей, выскочив из ворот университета, помчалась прямо к ближайшему фонтану. Они опустили в воду источник нейтронов, мишень, и… идея Э. Ферми блестяще подтвердилась.

Обдумав полученные накануне результаты, Э. Ферми предположил следующее. Вероятно, все дело в том, что поглощение нейтронов тяжелыми ядрами зависит от энергии самих нейтронов.

Вода — прекрасный замедлитель для нейтронов. Сталкиваясь с ядрами водорода — протонами, — нейтральные частицы быстро затормаживаются до скорости теплового движения молекул воды (такие нейтроны называют тепловыми). А замедлившиеся в толще воды тепловые нейтроны с гораздо большей вероятностью захватывались ядрами урана. В тот памятный день фонтан стал очень важной деталью экспериментальной установки.

Обнаруженное явление полностью разъяснило и историю с ящиком. Отражаясь от парафиновых блоков, нейтроны теряли энергию, замедлялись и гораздо охотнее вступали в реакцию с ядрами мишени. Только в разных местах ящика из-за его формы количество таких замедленных нейтронов было неодинаковым. Вот и вся мистика.

Наконец настал день, когда можно было приступить к анализу полученных радиоактивных ядер. Тишина университетских коридоров то и дело нарушалась топотом ног. Это в химическую лабораторию проносился с облученной мишенью в руках очередной сотрудник группы Э. Ферми или он сам.

А вот и результаты: обнаружен новый радиоактивный элемент!

Э. Ферми называет его «трансурановым», то есть расположенным в периодической таблице за элементом урана.

Но это был не заключительный акт, а только пролог к богатой своими последствиями истории с ураном. Опытами по облучению урана тепловыми нейтронами занимались и другие ученые. «Ядерная лихорадка» охватила многие лаборатории мира. В 1938 году И. Жолио-Кюри и югославский физик П. Савич тоже повторили эксперимент Э. Ферми, но получили совершенно противоположный результат.

В облученной мишени они обнаружили изотопы элементов не более тяжелых, чем уран, а похожих по своим химическим свойствам на элементы из середины периодической таблицы.

Так какие все-таки получаются ядра? Сверхтяжелые или, наоборот, более легкие? Кто прав, Э. Ферми или И. Жолио-Кюри и П. Савич?

Заинтригованы были и экспериментаторы и теоретики. Над этой проблемой интенсивно работали не только в Париже, но и в Германии, и в Швеции.

А оказалось, что никакого противоречия не было. При облучении урановой мишени возникал не только новый трансурановый элемент, но еще около двадцати более легких химических элементов. Каждому из них надо было задать вопрос: «Маска, кто вы?» И никто не предполагал, что под двумя наиболее простыми из них, барием и лантаном, скрываются свидетели и участники совершенно необычной реакции — реакции деления ядер урана. Вот эта реакция и преподнесла людям энергию, запасенную в ядрах еще со времени их образования.

Распознать все компоненты полученной Э. Ферми смеси изотопов удалось только в 1939 году благодаря усилиям таких ученых, как И. Жолио-Кюри и П. Савич, Л. Мейтнер и О. Фриш, О. Ган и Ф. Штрассман.

Когда полностью рассеялся туман предположений, ошибок, гипотез и старых представлений, все полученные при облучении урана нейтронами изотопы были расставлены по клеточкам таблицы элементов.

Прежде всего точно установили, что урановая мишень состояла из двух изотопов урана с атомным номером 92 и числом нуклонов, равным 235 и 238.

Уран-238, как и предполагал Э. Ферми, захватывая нейтрон, превращался в радиоактивный уран-239. Один из нейтронов этого ядра превращался потом в протон и электрон. А этот дополнительный протон увеличивал на единицу атомный номер вещества.

Э. Ферми действительно получил ядро первого трансуранового элемента, девяносто третьего, названного нептунием.

Нептуний, в свою очередь, испытывал бета-радиоактивный распад и превращался в ядро следующего трансуранового элемента, который получил название «плутоний».

Но неошибочным было и сообщение из Парижа.

Ядра более легкого изотопа урана, поглощая тепловые нейтроны, совершали головокружительный «трюк» — скачок сразу через несколько десятков клеточек таблицы Менделеева. Они делились на две примерно одинаковые части; из одного тяжелого ядра урана возникало два — ядро элемента лантана и ядро элемента бария, оба в более легкой весовой категории.

Капитальная перестройка этой огромной, слабо связанной системы, состоящей из нескольких сотен нуклонов, в крепко связанные небольшие коллективы нуклонов ядер среднего веса, конечно, не обошлась без «усушки» и «утруски».