Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов - [49]

Вопреки всем стараниям исследователей, клетки 43, 61, 85 и 87 периодической системы оставались пустыми. Рений был практически последним элементом, который смогли химически выделить классическим путем в достаточном количестве, хотя и после трудоемких операций.

От других недостающих элементов можно было увидеть лишь "тени" в виде рентгеновских спектральных линий. При этом не было даже уверенности, что они относились именно к искомым элементам. Такую неудачу объясняли тем, что элементов 43, 61, 85 и 87 теперь уже не существует. Наверняка они распались за те 4,6 миллиардов лет, что существует Земля. Во всяком случае, это следовало предположить по отношению к элементам 85 и 87, так как они в периодической системе должны располагаться рядом с радиоактивными элементами.

Снаряд без заряда

Со времени превращения азота в кислород при помощи альфа-излучения в 1919 году все твердо уверовали в то, что ядерная физика является ключом ко всеобщему превращению элементов. Однако вслед за надеждой, что методом Резерфорда можно постепенно превратить или расщепить все атомы с помощью альфа-лучей с достаточно большой энергией, ученых постигло разочарование. За десять лет после первого удачного эксперимента смогли подвергнуть бомбардировке едва лишь дюжину элементов, да и то самых легких. В случае тяжелых элементов в массивное ядро атома не могли проникнуть даже альфа-частицы с максимальной энергией в 9 мегаэлетронвольт (МэВ). Они отклонялись большим одноименным зарядом ядра, не придя с ним в соприкосновение. Тем самым была утрачена всякая надежда на превращение ртути с помощью альфа-частиц в соседнее золото. Выход думали найти в использовании таких снарядов, как протоны (ядра атома водорода). Конечно, для этого необходимо искусственно ускорить эту частицу до столь же высоких энергии, какими обладали альфа-частицы. Откуда же взять такие гигантские энергии? Для этой цели следовало бы получить и использовать напряжение в несколько миллионов вольт -- техника, которой тогда еще не овладели.

Перелом произошел в 1930 году. Американские физики в Вашингтоне сконструировали трансформатор на 3 мегавольта (MB) и с его помощью ускорили протоны до энергии в 1 МэВ. Через год Ван-дер-Грааф в Принстонском университете построил свой первый генератор на 1,5 МэВ, названный позднее его именем.

Эрнест Лоуренс и его сотрудники из университета в Беркли в конце концов нашли совершенно новый путь: искусным приемом, с помощью больших электромагнитов в поле высокого напряжения, Лоуренс заставил частицы мчаться по спирали. Таким способом можно было постепенно ускорить частицы до высоких энергий. Это была новая установка -- циклотрон. Посредством такого ускорителя частиц можно было достичь интенсивностей излучения, которые теоретически эквивалентны нескольким килограммам радия. Был сделан мощный шаг вперед, ибо человечество никогда не смогло бы получить столь значительных количеств радия.

В конце 1931 года Лоуренс с помощью своего циклотрона достиг мощности 1 МэВ, через год -- уже 5 МэВ. В настоящее время мощность современных ускорителей частиц измеряют в гигаэлектронвольтах (ГэВ), то есть в миллиардах электронвольт. По сравнению с первыми ускорителями сегодняшние мощнейшие агрегаты с их километровыми путями пробега частиц выглядят гигантами.

Ученикам Резерфорда, Кокрофту и Уолтону, в 1932 году удалось провести первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития -- самого легкого элемента после водорода и гелия. Путем такого обстрела литий превратился в гелий. Советские физики-атомщики И. В. Курчатов и Н. Н. Синельников, которые вскоре после кембриджских ученых и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Сенсационная пресса видела в "разрушении" лития дальнейший шаг к подчинению атомных сил человеку и связывала с этим самые отважные фантазии: боевой корабль с несколькими граммами лития в качестве топлива сможет пересечь Атлантику... Заметьте, военный корабль, а не торговое судно было первым примером в оценке атомной энергии. Специалисты рассматривали этот эксперимент гораздо более трезво. Превращение атома лития идет с ничтожным выходом. Нужно ускорить миллионы протонов, чтобы произошло одно-единственное столкновение.

К испытанным снарядам, бомбардировавшим атомное ядро,-- альфа-частицам (ядрам атома гелия), протонам (ядрам атома водорода) -- к началу 1932 года присоединился еще один: дейтрон. Это -- ядро тяжелого изотопа водорода, которое обладает массой, равной удвоенной массе протона. В том же году в космическом излучении на большой высоте был открыт позитрон, оказавшийся положительно заряженной частицей -- античастицей отрицательного электрона. Вскоре эту новую элементарную частицу удалось также обнаружить при земных радиоактивных процессах. Когда в 1932 году ученик Резерфорда, Джеймс Чэдвик, открыл еще одну, до той поры неизвестную, частицу -- нейтрон, то этот год в научных кругах стали справедливо называть annus mirabilis -- годом чудес.

Чэдвик обнаружил частицу, не имеющую заряда, с массой, равной массе протона, как составную часть так называемого бериллиевого излучения. Эти проникающие лучи, состоящие из нейтронов, были открыты в 1930 году при бомбардировке бериллия альфа-частицами Долгое время считались жестким гамма-излучением. Затем удалось показать, что бериллиевое излучение на самом деле состоит из гамма-лучей и потока нейтронов.