Превращение элементов
Шрифт:
Д.И.Менделеев сообщение об открытиях супругов Кюри получил от своего ученика варшавского химика И.Г.Богуского, двоюродного брата Марии. Оно не могло не заинтересовать великого учёного.
Новые элементы — каковы их свойства, где им место в таблице? Само явление радиоактивности заставило Менделеева, как и весь учёный мир того времени, глубоко задуматься.
В 1902 г. Менделеев отправился в научную командировку во Францию; конечно, он побывал и у Беккереля, и у Кюри, чтобы убедиться самому во всём том, о чём так много говорят и пишут. Он записал тогда: «Всё, что можно, радиоактивное видел». В письме Винклеру
Точно так же он в то время относился и к явлению трансмутации, которое, по его мнению, «ни разу ещё не доказано с достаточной убедительностью». Откуда берётся энергия для того, чтобы вырвать заряженные частицы из нейтрального атома? На этот вопрос не было ответа.
Первые шаги новых алхимиков
Радиоактивными элементами оказались не только уран и торий, но и только что открытые полоний и радий. Затем был обнаружен и ещё один радиоактивный элемент — актиний.
Изучением радиоактивности, как и следовало ожидать, помимо Беккереля и супругов Кюри, занялись многие учёные. Увлекла эта тема и выдающегося физика новозеландца Эрнста Резерфорда.
В 1892 г. Резерфорд был ещё студентом-третьекурсником, когда в научно-студенческом обществе выступил с докладом, который назывался «Эволюция элементов». Точный текст доклада не сохранился, однако уже название говорит само за себя. Надо сказать прямо: для подобного взгляда физика тогда ещё не созрела — никаких фактических данных, чтобы рассматривать известные науке элементы с точки зрения их эволюции, не было. Студент Резерфорд проявил незаурядную смелость, очевидно, основательно подогретую идеями Крукса.
Доклад встретили с нескрываемой иронией, пылкому студенту пришлось спуститься с небес на землю и признаться в том, что он «зашёл слишком далеко».
В 1895 г. молодой провинциальный учёный Эрнст Резерфорд прибыл из далёкой Новой Зеландии в Кембридж к директору знаменитой Кавендишской лаборатории Дж. Дж. Томсону. Он попал туда в удачное время, ибо Томсон как раз задумал «мощное наступление» на малоисследованные проблемы физики и нуждался в молодых и энергичных помощниках. Сам Томсон был занят изучением электрических разрядов в газах. Катодные, каналовые, рентгеновские лучи стали объектом его пристального внимания.
Славная плеяда молодых учёных собралась вокруг Дж. Дж. Томсона. Таунсенд, Релей-младший, Вильсон и целый ряд других, ставших впоследствии выдающимися физиками. Знаменитый французский учёный Поль Ланжевен в тот период был совсем молод, он с упоением погрузился в работу, предложенную Томсоном, и тогда же началась для него подготовка к известной докторской диссертации «Исследования в области ионизации газов».
И всё же самым видным, энергичным, нетерпеливым среди них следует считать Эрнста Резерфорда, говорившего иногда: «Ионы — это весёлые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию».
Сказать, что весь учёный мир был тогда в восторге от открытия электрона, было бы слишком необоснованным заявлением. Большинство физиков твёрдо держалось понятия неделимости атома. Как ни странно, наиболее упорным в своих убеждениях оказался знаменитый Рентген. Он в своей лаборатории просто запрещал произносить слово «электрон» и отрицал его существование в течение целых десяти лет. Лишь в 1907 г., когда научные открытия, связанные с представлениями о сложной структуре атома, следовали одно за другим, Рентген позволил уговорить себя своему ассистенту из России А.Ф.Иоффе и разрешил пользоваться понятием «электрон».
На Кавендишскую лабораторию сильное впечатление произвело известие о работах А.Беккереля, и Резерфорд решил немедленно заняться изучением урановых лучей. Он потратил на это целый год и тоже пришёл к заключению, что к лучам Рентгена они никакого отношения не имеют. Мы сейчас хорошо знаем, что рентгеновские лучи как вид электромагнитных колебаний могут иметь большую или меньшую проникающую способность в зависимости от частоты колебаний и длины волны. В те времена также уже различали «жёсткие» и «мягкие» X– лучи, хотя и пошучивали, говоря, что их проникающая способность целиком зависит от Эбенизера Эверетта — искуснейшего стеклодува, изготовителя разрядных трубок.
Резерфорд один из первых установил, что урановые лучи неоднородны. Помещая на пути этих лучей листочки алюминиевой фольги, он наблюдал по электрометру, как ослабевал ток, возникающий под влиянием радиации. Четыре листочка уменьшали ток в двадцать раз по сравнению с исходным, но дальнейшее прибавление их почти не влияло на стрелку электрометра, которая никак не хотела вернуться в исходное положение; лишь сотый листок уменьшил этот «застывший» на определённом уровне ток вдвое. Так было выяснено, что излучение урана состоит из двух компонентов: порождающего сильную ионизацию, но сильно поглощающегося веществом, и создающего менее заметную ионизацию, но обладающего гораздо большей проникающей способностью. Так были открыты альфа- и бета-лучи. Разделение их с помощью магнита было осуществлено позднее.
В разгар работы Резерфорда в печати появилось научное сообщение М.Кюри «О лучах, испускаемых соединениями урана и тория». По рекомендации Дж. Дж. Томсона Резерфорду была предоставлена возможность занять должность профессора физики в Мак-Гиллском университете в Монреале. Молодой учёный расстался с друзьями по Кавендишской лаборатории и отправился за океан — в Канаду. Там он немедленно стал продолжать исследования уранового излучения.
Его коллега, профессор электротехники Б.Р.Оуэнс, тоже заинтересовался этим и попросил Резерфорда указать, с чего ему начать. Резерфорд, не колеблясь, ответил: с тория.
Радиоактивность этого элемента была совершенно неизученной областью; кроме того, что она существует, о ней ничего не было известно. Правда, Беккерель, наблюдая ториевое излучение, отмечал любопытное отличие его от уранового. Если последнее в течение двух лет было неизменным, то первое меняло свою интенсивность по самым, можно сказать, пустяковым причинам, вплоть до чихания ассистента или хлопанья лабораторной двери. Беккерель, конечно, мог и ошибиться, но если всё точно, то такое непостоянство излучения может дать ключ к пониманию радиоактивных явлений.