У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро - [32]
В эксперименте Чедвика полоний используется как генератор альфа- излучения. Оно должно облучать бериллий, из которого будут вырываться нейтроны. Они попадут на мишень из свинца, а усилитель зарегистрирует количество попаданий.
"Старые лаборатории, имеющие долгую историю и традиции, всегда хранят тайные сокровища. Идеи, высказанные в прошлом нашими ныне живущими и умершими учителями, повторяются сотни раз, а затем наступает забвение. Но сознательно или подсознательно эти идеи проникают в мысли тех, кто работает в старых лабораториях, и периодически это дает свои плоды".
Фредерик Жолио и Ирен Кюри упустили прекрасную возможность получить Нобелевскую премию, и это случилось с ними не единожды. Британский физик-теоретик Поль Дирак (1902- 1984) предсказал существование позитрона в 1928 году. Через четыре года в 1932 году американский физик Карл Андерсон, изучая космические лучи с помощью пузырьковой камеры, открыл существование частицы, имевшей равную с электроном массу, но в то же время обладавшую положительным зарядом. Это был антиэлектрон, или, как в конце концов его назвали, позитрон, частица антиматерии Дирака. Андерсон смог наблюдать ее, когда понял, что при воздействии магнитного поля она имеет такую же траекторию, как электроны, но обладая такой же массой, отклоняется в другую сторону из-за наличия у нее положительного заряда. Ее масса идентична электрону, но их заряды противоположны. Аппараты Жолио — Кюри также обнаружили эту необычную частицу, но она вновь осталась незамеченной ими. После открытия супруги решили, что позитроны представляют интересное поле для исследований. Они вновь воспользовались полонием как источником альфа- частиц и начали бомбардировку алюминиевой пластины. В определенный момент испускались позитроны, но внимание ученых привлек другой факт: после прекращения альфа-излучения алюминий — в ходе воздействия на него превратившийся в фосфор — продолжал испускать радиацию. Они проверяли свой прибор вновь и вновь, но все работало верно. Таким образом им удалось искусственно трансформировать стабильный материал, каким был алюминий, в радиоактивный. В результате наблюдений они также пришли к выводу, что распад, который приводил к радиоактивности, мог быть источником электронов и позитронов (β+- и β-радиоактивность). На этот раз их усилия были вознаграждены Нобелевской премией по химии в 1935 году.
Открытие Чедвика, с другой стороны, привело к развитию исследований по расщеплению ядра, в котором нейтроны играют решающую роль. Отто Ган и Лиза Мейтнер, сотрудничавшие с Резерфордом, были первыми, кому удалось осуществить это. Расщепление ядра основано на бомбардировке нейтронами разных материалов, таких как уран, который выбрали, потому что он был самым распространенным в ту эпоху. Как предсказал Резерфорд, нейтрон с большей легкостью мог проникать в ядро, воздействие нейтрона приводило к делению и расщеплению первоначального ядра. Это высвобождало большое количество энергии, а в результате реакции вместо одного атома урана возникали два атома меньшей массы: барий и криптон (см. рисунок 1). Это вызвало большое удивление Отто Гана, так как оба элемента были значительно более легкими по сравнению с ураном. На самом деле когда Ган впервые обнаружил барий, он не знал, откуда взялся этот элемент. Но в беседе они с Мейтнер установили, что его происхождение было связано с бомбардировкой урана нейтронами.
Еще одним продуктом деления атома являются нейтроны, которые используются для расщепления многих других атомов урана. Таким образом, можно вызвать цепную реакцию радиоактивного распада (см. рисунок 2).
Капица, Уолтон и Кокрофт... Эти имена связаны со строительством первого ускорителя частиц. Тогда и началась эпоха Большой науки, названная так по количеству и качеству задействованного оборудования, финансирования, а также сотрудничества и координации многочисленных научных групп.
Сам Резерфорд сказал в 1927 году на собрании Королевского общества: "Будущее за Большой наукой". Далее он отметил, что получение "электронов на большой скорости и атомов на большой скорости откроет необыкновенно интересное поле для исследований".
РИС. 1:
В процессе расщепления ядра уран бомбардируется нейтронами. Ядро разделяется на две почти равные части, образуя атом бария (Ва) и атом криптона (Kr).
РИС. 2:
Когда уран расщепляется нейтроном, кроме разделения атома на две части, возникают три нейтрона, которые, в свою очередь, могут вызывать расщепление трех атомных ядер. За несколько мгновений эта цепная реакция может высвобождать невероятное количество энергии, что положено в основу атомной бомбы.
Ускоритель стал необходимостью. Резерфорд, гений манипулирования естественными альфа-частицами в деле разгадки тайн атома, признавал, что этот метод исследования фундаментальных частиц достиг предела своих возможностей. Для получения дальнейших знаний было необходимо приложить к частицам большую энергию искусственным путем.
Секрет заключался в получении достаточной энергии для расщепления ядер атомов. Хотя первоначальные расчеты показывали, что количество энергии, необходимой для разделения ядра, получить невозможно, некоторые исследователи не пасовали перед этими пессимистичными оценками, и среди них был Петр Капица. Побывав в Кавендишской лаборатории в 1921 году, он остался работать с Резерфордом, и их сотрудничество длилось в течение 15 лет.
