Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Искусственно полученные Ферми изотопы как разновидности уже известных элементов входили в периодическую систему: они занимали то же место, однако имели (по числу нейтронов) различную атомную массу. Только при облучении урана такое расположение не удавалось. Так Ферми пришел к ошибочному выводу, что в данном случае образуются "трансураны": элементы, занимающие в периодической системе места по ту сторону урана. Как выяснилось позднее, это было заблуждение.

Немецкий химик Ида Ноддак усомнилась в предположении Ферми. Она высказала догадку, что здесь, возможно, само собой происходит расщепление тяжелого атомного ядра урана. Однако ее точка зрения не нашла поддержки у физиков-ядерщиков. Распад ядра урана считался совершенно невозможным. Ферми не принимал такого предположения всерьез, а Отто Ган еще в 1936 году называл его абсурдным.

В опытах, которые Отто Ган и Лиза Мейтнер проводили сначала одни, а затем при участии ассистента Гана Фрица Штрасмана, они пыталась решить вопрос: действительно ли Ферми получил трансураны или речь здесь идет только об изотопных разновидностях протактиния, ближайшего к урану элемента с меньшим порядковым номером, как это утверждал один из бывших сотрудников Гана.

Решение повторить опыты Ферми и выяснить природу веществ, возникающих при облучении урана нейтронами, очевидно, было особенно соблазнительно для Отто Гана и Лизы Мейтнер. Как первооткрыватели и исследователи протактиния, они очень хорошо знали все химические свойства этого элемента. Итак, они лучше других могли судить о том, следует ли считать полученные Ферми мнимые трансураны изотопами протактиния или нет.

Результаты своей совместной работы над решением этого вопроса Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрасман публиковали между 1934 и 1938 годами примерно в двадцати работах. При этом они с безукоризненной точностью установили, что полученное Ферми вещество с периодом полураспада тринадцать минут ни в коем случае не является изотопом протактония. Речь должна была идти, очевидно, о трансурановых элементах.

И в опытах с замедленными, так называемыми тепловыми нейтронами поздней осенью 1938 года Отто Ган и Фриц Штрасман придерживались ошибочного взгляда, что они, как и Ферми, нашли один из новых элементов с более высоким порядковым числом, чем у урана. Они считали, что перед ними изотоп радия. Несмотря на все усилия, им, однако, не удалось отделить предполагаемый изотоп радия от бария с помощью известных методов разделения, так как он проявлял все свойства бария.

Так в конце концов на основе многочисленных опытов Отто Ган и Фриц Штрасман 20 декабря 1938 года пришли к убеждению, что здесь в действительности речь идет о барии. Тяжелое ядро урана с числом ядерных разрядов 92 под действием медленных нейтронов, очевидно, "распадалось" на два более легких ядра: радиоактивное ядро бария с числом ядерных зарядов 56 и, как это вскоре выяснилось, ядро инертного газа криптона с числом ядерных зарядов 36. Ядерные заряды этих элементов, 56 и 36, при сложении давали число 92, ядерный заряд урана. Это было решающим открытием, имевшим далеко идущие последствия.

"Доказательство расщепления урана Отто Ганом и Фрицем Штрасманом, писала Лиза Мейтнер, - открыло новую эру в истории человечества. Научное достижение, лежащее в основе этого открытия, кажется мне потому таким удивительным, что оно было получено без какого-либо теоретического указания, чисто химическим путем".

Сегодня можно сказать, что это открытие, которое проложило дорогу к покорению энергии атомного ядра, превосходило по своему значению и своим последствиям открытие Рентгена. Поначалу оно взволновало только ученых и не вызвало столь же всеобщего внимания, как "сенсационное открытие" 8 ноября 1895 года.

Удивительный результат, полученный Ганом и Штрасманом, противоречил всему прежнему опыту и всем теоретическим ожиданиям. Продукты реакции до сих пор всегда лежали в непосредственной близости от облучаемых элементов. Они или были изотопом исходного элемента, или удалялись от него самое большее на одно или два места в системе элементов. Физики-ядерщики не хотели ничего знать о "скачках" в периодической системе. Это и служило помехой, как говорил позднее Ган, "прыжку в необычное".

Понятно, что в таких условиях Отто Ган и Фриц Штрасман сначала отнеслись к результатам своего опыта с недоверием и сдержанностью.

В статье "О доказательстве получения и поведении земельно-щелочных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами", в которой они описали свои опыты, говорится: "Как химики, мы, собственно, должны были бы на основе только что проведенных опытов переименовать вышеприведенную схему и вместо Ra, Ac, Th поставить символы Ba, La, Ce. Как "ядерные химики", в определенной мере близко стоящие к физике, мы еще не можем решиться на этот противоречащий всему прошлому опыту ядерной физики прыжок. Может быть, в наши результаты закрался ряд странных случайностей" (см. факсимиле).