Свет невидимого

Запаянная с обоих концов стеклянная трубочка, именно трубочка, а не трубка. Внутри трубочки тоненькая, с волос, проволочка. Впаянные в трубку электроды. Все вместе это называется счетчиком радиоактивного излучения Гейгера — Мюллера и является блестящим опровержением столь поспешно сформулированного мною закона.

Именно этот счетчик позволяет регистрировать радиоактивный распад одного отдельного (одного!) атома. Достигается это за счет остроумного приема.

Нитка, протянутая вдоль оси счетчика, присоединена к одному из электродов. Другой электрод ни к чему не присоединен. Упирается, так сказать, в пустоту. Впрочем, в «пустоту» — сказано не совсем верно. Потому что в счетчике отнюдь не пустота. Заполнен он каким-либо инертным газом, например аргоном, к которому примешано некоторое количество паров спирта или йода.

Чтобы счетчик мог действовать, к его электродам подводят высокое напряжение. Из рисунка видно, что размеры каждого из электродов сильно разнятся; один из них — довольно солидная по размерам металлическая пластинка, а другой — тонюсенькая ниточка. И в этом-то различии — вся изюминка счетчиков Гейгера. Потому что при включении счетчика создаются около электродов поля неоднородной напряженности.

Этот скучный термин станет абсолютно понятным, если вспомнить то, чему всех нас учили в школе на уроках физики. Вокруг любого заряженного предмета создается электрическое поле. И понятно, что напряженность электрического поля вокруг электрода-нити во много-много раз больше, чем вокруг электрода-пластинки. Запомним это.

Когда в счетчик попадает радиоактивный снаряд, вылетевший из распадающегося ядра (скажем, гамма-квант), то он, преодолев стеклянную ограду, попадает во внутреннее пространство счетчика. Здесь на своем пути частица обязательно повстречает молекулу газа и ионизирует ее, иными словами — разобьет на части: положительную и отрицательную.

Предположим, что электрод-нить заряжен положительно, электрод-пластинка — отрицательно. Тогда образовавшаяся пара ионов поведет себя по-разному: положительный ион будет притягиваться пластинкой, а отрицательный — нитью. Но напряженность поля у пластинки гораздо меньше, чем у нити. Поэтому положительный ион движется к пластинке с неторопливостью толстяка, только что прикончившего двойной обед. Зато отрицательный ион ринется к нити со скоростью курьерского поезда.

Сравнение это не очень точное. Потому что отрицательный ион несется к нити со скоростью, превышающей скорость поезда раз… в 50, не меньше.

Представьте себе поезд, мчащийся со скоростью не меньшей, чем километр в секунду, и сталкивающийся при этом с другим поездом. Говорите, полетят осколки? Так почему же по-иному должны вести себя молекулы?

Стремительно летящий к нити ион на своем пути сталкивается с молекулами газа и разбивает их, если не вдребезги, то по крайней мере на две части: положительную и отрицательную. При этом вновь образовавшийся положительный ион поплетется к пластинке, а отрицательный устремится за своим отрицательно заряженным коллегой.

Чем ближе к нити, тем выше скорость. Поэтому дружная пара отрицательных ионов с еще большей силой врезается в подвернувшиеся на пути молекулы газа. Образуется уже четыре иона. Через неуловимую долю секунды их уже будет восемь, потом шестнадцать, а затем количество ионов неумолимо нарастает, точно так же, как число зерен пшеницы в известной легенде о хитроумном изобретателе шахматной игры и жадном правителе.

Вот почему к нити подходит уже солидная компания отрицательных ионов — несколько миллионов, а то и больше. При столкновении отрицательных ионов с положительно заряженной нитью происходит разряд, и поскольку количество ионов, повторяю, весьма велико, то этот разряд может быть зафиксирован специальным и, кстати, не очень сложным устройством. Вот и все.

Как видим, счетчик Гейгера — Мюллера устроен просто, но очень хитро: один-единственный ион он превращает в несколько миллионов. И поэтому такой своеобразный микроскоп позволяет регистрировать распад одного отдельного атома.

Физика и химия не знают другого прибора, который был бы столь же простым и позволял в то же время определять такой ничтожный эффект, как распад отдельного атома.

Итак, с помощью радиоактивности можно определить то наименьшее количество вещества, меньше которого оно, собственно говоря, уже перестает быть веществом. Последняя фраза походит на каламбур. Но если вы расщепите атом, то это будет уже не тот элемент, который вас интересовал, а совсем другой. Поэтому химическим пределом вещества является именно атом. А что получается дальше — это уже забота физики.