Беседы об атомном ядре

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».

«Дефект масс» у новых изотопов был больше, и по формуле E = mc² можно было подсчитать, что при делении каждого ядра урана должна была освобождаться энергия около 200 миллионов электрон-вольт. Эксперимент подтвердил реальность этой величины.

— Да, это число потрясает. Наконец мечта людей осуществилась и они получили новый источник энергии?

— Нет. Реакция деления отдельных ядер еще не обеспечивает выход практически используемой энергии.

— Почему?

— Она не может конкурировать с химической реакцией горения, в которой участвует сразу огромное количество молекул. Вот если бы и реакция деления обладала таким свойством!

— Значит, овладение ядерной энергией целиком и полностью зависело от того, как идет реакция деления?

— По сути дела, да.