Биография атома

А покупатели? Они тоже необычные. Это представители заводов, фабрик, научно-исследовательских институтов. Нередко здесь можно встретить и иностранных покупа­телей. Они тоже приехали в СССРза продукцией, продаваемой в магазине.

А сотрудники магазина? Ни в каком другом магазине вы не встретите такую должность, как научный руководитель магазина. А здесь она есть. Подавляющее большинство продавцов — инженеры и техники. И это тоже необычно.

Так что же такое изотопы? Рассказывая биографию атома, мы пока о них не упоминали. Но, даже не зная еще, что это такое, можно с уверенностью сказать, что раз существует магазин, значит, существует и рынок сбыта его товаров. Значит, продукция, продаваемая в магазине, широко используется потребителями. Ведь бессмысленно же открывать магазин без уверенности, что будут покупатели! Другими словами, только один факт существования такого магазина говорит о широком использовании изотопов в Советском Союзе и других странах.

Но при чем здесь магазин? И какое он имеет отношение к биографии атома? Самое непосредственное. Существование этого магазина, широкое использование человеком изотопов стало возможным благодаря следующему в биографии атома открытию, сделанному за 25 лет до открытия магазина, в 1934 г. Это открытие принадлежит знаменитому французскому ученому-физику, пламенному борцу за мир — Фредерику Жолио-Кюри. Об этом открытии мы и хотим рассказать.

Почему не целые числа?

Мы уже знаем, что атомный вес элементов определяется суммой нейтронов и протонов в их ядрах. А в таблице у большинства элементов атомные веса не целые, а дробные. Например, у калия точный атомный вес 39,1, у урана— 238,07. На первый взгляд это непонятно. Ведь не может же быть в ядре, например, одна десятая протона или семь сотых нейтрона?

Этот вопрос давно уже мучил ученых. Даже когда они не знали о существовании нейтронов и протонов, дробные атомные веса элементов вызывали у них недоумение. Химики, определявшие атомные веса элементов, вначале думали, что дробные числа объясняются неточностью опытов по определению атомного веса элементов. Но постепенно они убедились в том, что дело не в точности измерений, а в чем-то другом.

Современник Менделеева, выдающийся русский ученый Бутлеров, выдвинул предположение, что у каждого химического элемента имеется несколько разновидностей атомов, отличающихся только атомным весом. Поскольку эти разновидности атомов встречаются с разной вероятностью, то в среднем и получаются у элементов дробные числа. Химические же свойства у этих разновидностей элементов абсолютно одинаковые. Поэтому они и стоят в одной клетке в таблице Менделеева.

Предположение Бутлерова было правильным. Но объяснить и доказать его Бутлеров не мог. Ведь тогда не знали о существовании нейтронов и протонов.

Позднее, в 1910 г., ученик Резерфорда английский ученый Содди, изучавший явление радиоактивности, высказал фактически ту же мысль, что и Бутлеров. Он предложил эти разновидности атомов называть изотопами (по-гречески изотоп означает «занимающий то же место»). Так родился этот термин, который в настоящее время прочно вошел в наш язык.

Но загадка дробных чисел у атомных весов элементов стала ясной только после того, как советский ученый Дмитрий Иваненко разработал теорию нейтронно-протонной структуры ядра атома. Исходя из этой теории, все можно было объяснить очень просто. Если разновидности элементов стоят в одной клетке таблицы Менделеева, значит, число протонов в ядре у этих элементов одинаковое. Следовательно, и химические свойства, определяемые зарядом ядра, у них одинаковые. Но каждая разновидность данного элемента — изотоп — имеет отличное от остальных изотопов число нейтронов в ядре. Поэтому каждый элемент, состоящий из смеси изотопов, и имеет дробный атомный вес.

Например, хлор. В ядре атома хлора 17 протонов. Он поэтому и стоит на 17-м месте в таблице Менделеева. Но атомный вес хлора в точности равен 35,457, а не 35, как мы раньше для простоты писали, рассказывая о Дальтоне. Это получается потому, что есть две разновидности ядер хлора. В одних ядрах 18 нейтронов, а в других — 20 нейтронов. Число же протонов в обоих сортах ядер одинаково. Вот и получается, что атомный вес хлора в среднем 35,457.

Так теория советского ученого Дмитрия Иваненко о нейтронно-протонной структуре атомных ядер позволила разгадать еще одну загадку атома.

Радиоактивность можно создать!

Мы уже говорили о том, что радиоактивность — это внутриатомный процесс. Замедлить или ускорить излучение радиоактивных элементов невозможно ни теплом, ни холодом, ни химическими реакциями, ни светом, ни звуком, ни механическим воздействием. И тем более никто из ученых не предполагал, что радиоактивность можно создать, вызвать искусственно.

Но вот открытие Чедвика дало в руки ученых идеальный снаряд для обстрела атомных ядер — нейтрон. Он свободно проникал в глубь атомного ядра.