Атомы у нас дома

Ферми Лаура

9 глава

Работа

В январе 1934 года французские физики Фредерик Жолио и его жена Ирэн Кюри опубликовали свое открытие искусственной радиоактивности. Они бомбардировали алюминий быстрыми альфа-частицами и обнаружили, что образующийся продукт неустойчив и в течение нескольких минут выделяет легкие частицы (позитроны), другими словами, ведет себя подобно радиоактивным веществам. И не только алюминий, но и ряд других легких элементов также превращался в радиоактивные вещества в результате бомбардировки их альфа-частицами. На тяжелее элементы альфа-частицы не оказывали действия.

Альфа-частицы — это положительно заряженные ядра гелия. Их способность действовать в качестве ядерных

снарядов ограничена наличием у них заряда, который представляет собой двоякое препятствие. Во-первых, притяжение, которое они испытывают со стороны отрицательно заряженных электронов, окружающих ядро, так быстро замедляет их движение, что они вскоре останавливаются; поэтому шанс встретить на своем коротком пути ядро у этих частиц чрезвычайно мал. Во-вторых, если альфа-частице удается прийти в соприкосновение с ядром, то эффект столкновения сильно ослабляется из-за того, что и мишень и снаряд, будучи оба положительно заряжены, отталкиваются друг от друга с огромной силой, когда расстояние между ними становится очень малым. У тяжелых элементов число электронов и положительный заряд ядра, разумеется, велики, и поэтому бомбардировка тяжелых элементов альфа-частицами не дает результатов.

Когда Энрико узнал об открытии Жолио и Кюри, он решил попытаться вызвать искусственную радиоактивность нейтронами. У нейтронов нет электрического заряда, и поэтому они не притягиваются электронами и не отталкиваются ядрами; внутри вещества они могут пройти дальше, чем альфа-частицы, скорость и энергия у них остаются большими, таким образом, их шансы попасть непосредственно в ядро гораздо выше. Но наряду с этими бесспорными преимуществами у нейтронов есть одно весьма невыгодное свойство — радиоактивные вещества не выбрасывают их самопроизвольно, как это происходит с альфа-частицами, они появляются только при бомбардировке некоторых элементов альфа-частицами, при этом один нейтрон приходится примерно на сотню тысяч альфа-частиц. Такой очень низкий выход делал использование нейтронов весьма проблематичным.

Только опыт мог показать, подходят ли нейтроны в качестве снарядов для бомбардировки ядра, и Энрико решил вернуться к экспериментальной физике. Ему нужно было отдохнуть от теоретической работы. Он только что довел до конца трудную теорию излучения ядрами бета-лучей в естественных радиоактивных процессах. Эту теорию вскоре признали одной из его самых значительных работ, но тогда она вызывала у него чувство разочарования и досады. Известный журнал «Нэйчур», куда Энрико отослал свой реферат, вернул его с замечанием, что материал не совсем подходит для журнала. «Возможная теория бета-лучей» Энрико была вскоре опубликована на итальянском языке в «Ричерка шентифика» и затем в «Нуозо чименто», а вслед за этим и в Германии в «Цейтшрифт фюр физик», но не на английском языке. Перейти от теории к эксперименту было в порядке вещей, и на некоторое время это вносило даже приятное разнообразие. Но Энрико не мог предвидеть, что для него с этого момента начнется целый ряд исследований, которые затянутся на годы, и что они впоследствии приведут немецких ученых Гана и Штрассмана к открытию деления урана.

Энрико и раньше занимался экспериментами, но ни он и никто другой в Риме еще не изучал ядерных превращений. Главным экспериментатором в римской группе был Разетти, и так как он в основном интересовался спектроскопией, то он и других привлекал к работе в этой области. Ферми работал вместе с Разетти и занимался теоретическими и экспериментальными исследованиями в спектроскопии.

Но много ли проку в спектроскопии для того, кто задумал бомбардировать ядра нейтронами? Энрико пришлось изобретать новую технику, добывать источник нейтронов и приборы, с помощью которых можно обнаружить продукты распада. Таким прибором оказался счетчик Гейгера, который теперь считается одним из самых обычных предметов оборудования современней лаборатории. Но в 1934 году счетчик

Гейгера был еще новинкой, известной немногим, и купить его было нельзя. Добыть счетчик Гейгера можно было только одним способом — сделать его самому, но Энрико еще не представлял себе, как за это взяться.

Разетти, наверно, мог бы ему помочь, потому что Разетти превосходно мастерил всякое оборудование. Прилаживал ли он одну к другой какие-нибудь части, обрабатывал ли стекло или припаивал тончайшие проволочки — все это он делал с такой же точностью и теми же мягкими, осторожными движениями своих искусных пальцев, какими он препарировал самые хрупкие крылышки каких-нибудь жесткокрылых или позднее отделял ископаемые трилобиты от сросшейся с ними породы для своей коллекции, уступавшей разве что коллекции Смитсонианского института. Но неугомонный Разетти в это время путешествовал, по-прежнему гоняясь за каким-то призраком, в надежде обрести где-то что-нибудь такое, что заполнит пустоту в его душе и даст ему познать чувство удовлетворения. Разетти уехал в отпуск в Марокко, и надолго.

Энрико начал сам мастерить счетчики и довольно скоро справился с этой задачей. Теперь надо было раздобыть источник нейтронов. И в этом ему помог «Божий промысел» в лице Джулио Чезаре Трабакки, директора физической лаборатории Sanita Publica (департамента здравоохранения), которая тогда помещалась в физическом корпусе. Sanita была побогаче университета, и бюджет профессора Трабакки значительно превышал средства профессора Корбино; а кроме того, Трабакки был человек, педантически любивший порядок, и у него всегда все было под рукой. Когда бы и что бы ни понадобилось кому-нибудь из наших физиков, начиная с отвертки и кончая источником нейтронов, у Трабакки всегда все можно было достать. Благодарная молодежь звала его за это не иначе, как «Божий промысел».

В подвалах физического факультета у Трабакки хранился один грамм радия, принадлежащий Sanita, и аппарат для отделения радона, образующегося из радия. Радон — благородный газ, образующийся при естественном радиоактивном распаде радия. Радон в свою очередь тоже самопроизвольно распадается, испуская альфа-частицы. Если же радон смешать с бериллием, измельченным в порошок, то альфа-частицы будут бомбардировать бериллий, в результате чего он выделяет нейтроны. «Божий промысел», одолжив свой радон Энрико, снабдил его отличным источником нейтронов.

Теперь Энрико мог уже приступить к первым опытам. Он был человек методический и не стал бомбардировать первые попавшиеся под руку вещества, а двинулся по порядку, следуя периодической таблице элементов, начиная с самого легкого — водорода. С водородом не получилось никаких результатов; когда Энрико бомбардировал воду нейтронами, ничего не произошло. Затем он попробовал литий, но тоже безуспешно. Потом он перешел к бериллию, а также к бору, углероду, азоту. Ни один из них не активировался. Энрико начал колебаться, обескураженный своей неудачей, и готов был уже прекратить опыты, и только его упорство не позволяло ему так быстро сдаться. Он решил попробовать еще один элемент. Он знал, что кислород не поддается активации, потому что первый опыт он провел с водою. Он решил облучить фтор. Ура! Упорство его было вознаграждено. Фтор активировался очень сильно, а также и другие, следующие за ним элементы периодической таблицы.

Эти исследования сулили такие богатые возможности, что Энрико не только привлек себе на помощь Эмилио Сегре и Эдоардо Амальди, но даже решился телеграфировать о своих опытах Разетти в Марокко, советуя ему немедленно вернуться. Несколько позднее к этой группе присоединился еще химик Оскар Д’Агостино и систематические исследования пошли быстрым темпом.

Энрико хотелось бы испытать своими нейтронными бомбардировками все 92 элемента, существующие на земле, но некоторые из них редки и достать их нелегко. Энрико поручил Эмилио Сегре раздобыть их, умоляя его приложить к этому все усилия.