Девятый знак
Шрифт:
Последующие годы принесли ученым все, о чем они могли мечтать. Действительно, изучение явления радиоактивности оказалось тем единственным путем, идя по которому стало возможным проникнуть в тайны строения вещества.
Когда явление радиоактивности — естественного превращения атомов элементов — было изучено с достаточной полнотой, возник вопрос: если возможно самопроизвольное превращение элементов друг в друга, то почему бы не попытаться искусственным путем вызвать этот интересный процесс?
Ответ не заставил себя ждать. Темпы развития науки в XX столетии были уже не те, что в прошлые века. Всего через двадцать с небольшим лет после открытия радиоактивности произошли события, которые вызвали на страницах научных журналов ставшее
Впрочем, трудно усмотреть что-либо алхимическое в приборе, который был сконструирован в 1919 году знаменитым английским физиком Резерфордом. В этом приборе с помощью увеличительной трубы наблюдали радиоактивные свойства немногих известных к тому времени радиоактивных элементов. Радиоактивное излучение обнаруживалось по возникновению вспышек на экране из сернистого цинка. Дело в том, что при соударении частицы, вылетающей из ядра радиоактивного элемента, с кристаллами сернистого цинка наблюдается небольшая вспышка, которую можно заметить в увеличительное стекло. Радиоактивные препараты помещались на штативе, в самом центре прибора.
Итак, все весьма просто, и ничего достойного удивления нет. Не было причин для удивления и тогда, когда Резерфорд обнаружил, что вспышки на экране прекращаются, если между радиоактивным элементом и экраном поставить тонкую металлическую или слюдяную пластинку. Ясно, что радиоактивные лучи не могут проникнуть через преграду.
Трудно сказать, что побудило Резерфорда в одном из опытов заполнить камеру водородом. И вот тут-то стали наблюдаться совершенно удивительные вещи. Несмотря на то что между источником радиоактивного излучения и экраном стояла металлическая преграда, вспышки на экране появлялись точно так же, как будто бы перегородки не было. Впрочем, вспышки прекращались тотчас же, как только выпускали водород.
Объяснение этому явлению было найдено не сразу. Как это часто бывает, вначале в голову приходили самые невероятные идеи, и, как водится, разгадка была удивительно проста и вместе с тем многозначительна.
Естественные радиоактивные элементы (в данном случае это был полоний) испускают так называемые альфа-лучи: ядра атомов гелия. Гелий имеет атомный вес 4, следовательно, его атомы вчетверо тяжелее атомов водорода, атомный вес которого равен 1. Альфа-частицы, сталкиваясь с ядрами атомов водорода — протонами, — передают им свою энергию. А так как масса протонов мала в сравнении с массой альфа-частиц, то они приобретают большую скорость, которая позволяет им проходить через преграду.
Вот почему водород делает металлическую пластинку как бы проницаемой для излучения. Просто? Очень просто! Однако самое интересное было впереди.
Когда камеру заполнили другим газом — азотом, то вспышки на экране стали появляться точно так же, как если бы в приборе был водород. Это было уже совсем непонятно. Ведь ядра атомов азота много тяжелее, чем альфа-частицы (в 3,5 раза), и если перегородка непроницаема для гелия, то тем более она должна задерживать азот.
Но почему же все-таки появляются вспышки на экране? Как проходят радиоактивные частицы через экран, который может пропускать в лучшем случае только ядра водорода? Может быть, к азоту случайно примешан водород? В камеру был впущен азот, тщательно очищенный от каких-либо посторонних примесей и, особенно, от водорода. Однако вспышки на экране появлялись с прежней регулярностью.
Оставалось предположить только одно: очевидно, водород каким-либо образом образуется в камере из азота под действием радиоактивного излучения. Поначалу эта мысль показалась дикой. Но последовали опыты, убедительно доказывающие, что предположение было совершенно правильным. Да, действительно, из азота в камере образовывался водород!
Так была реализована первая ядерная реакция, увидев которую добропорядочный химик середины прошлого столетия долго и недоуменно пожимал бы плечами и так бы ушел, ничего не поняв. Вот она, эта реакция:
N + He = O + H.
В самом деле, здесь все правильно. Заряд ядра атома азота равен семи, альфа-частицы (ядро атома гелия) — двум. Сумма равна девяти. Легко подсчитать, что сумма ядер атомов справа тоже равна девяти: водорода — один, кислорода — восемь.
Это была первая из многих сотен известных нам теперь ядерных реакций, реакция, в которой один элемент превращается в другой, а это, как известно, является предметом самой настоящей алхимии. Вот и вся история возникновения термина «луч света», который стоит в заголовке главы.
Нам пришлось бы сильно отклониться в сторону от цели рассказа, если бы мы стали подробно разбирать все способы, которыми располагает сейчас наука, чтобы превращать одни элементы в другие.
Тут надо только указать, что все эти способы основаны на «обстреле» ядер атомов элементов, которые подвергаются превращению, «снарядами» — ядерными частицами — протонами, нейтронами, альфа-частицами.
И вот эта новая отрасль науки, получившая название ядерной химии, дала возможность искусственно изготовить те элементы, которые химики никак не могли найти в природе.
Периодический закон великого русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева позволил химикам определить свойства элементов с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87 так, как будто бы они неоднократно имели дело с ними и с их соединениями. Но все же это не давало права снимать в этих клетках вопросительные знаки. Это мог сделать только тот, кто получил хотя бы сотую, ну, пусть даже тысячную или стотысячную долю грамма какого-либо из этих элементов. Но даже таких количеств никому добыть не удалось. Теперь мы знаем, что все попытки выделить загадочные элементы из минералов или горных пород были обречены на неудачу, поскольку ни один из них не содержится в земной коре в сколь-нибудь ощутимых количествах.
Часто казалось, что удача близка, что неизвестный элемент получен. Часто исследователь, выделив соединение, которое, на его взгляд, было достаточно необычно, приписывал это соединение новому элементу. Тогда он поспешно брался за перо и сочинял на имя редактора одного из химических журналов письмо, в котором просил «возможно быстрее опубликовать сообщение об открытии нового элемента». И редакторы, конечно, публиковали, потому что каждому лестно, чтобы именно в его журнале появилось сообщение о таком выдающемся научном достижении. Так в химическую литературу того времени проникали десятки наименовании «новых» элементов. Но сообщения о всех этих «мазуриях», «иллиниях», «флоренциях» и «молдавиях» с неизбежностью опровергались химиками, которые брались за проверку данных о «новом» элементе.