Цепь великих открытий

Много лет элемент уран был замыкающим в периодической системе. Сам Д. И. Менделеев советовал будущим поколениям исследователей скрупулезно изучать уран. Еще при жизни ученого в результате исследований урана было открыто явление радиоактивности и обнаружен в природе гелий.

В конце 30-х годов нашего столетия уран снова оправдал гениальное предвидение Менделеева. И главным действующим лицом здесь оказался нейтрон. Итальянский физик Энрико Ферми в 1934 г. стал обстреливать нейтронами один элемент периодической системы за другим. Он решил иным путем повторить интереснейшие эксперименты супругов Ирен и Фредерика Жолио-Кюри, которые годом раньше подарили миру замечательное открытие.

Почему у химических элементов число изотопов, встречающихся в природе, все же весьма ограниченно? Скажем, кислород имеет изотопы с массовыми числами 16, 17 и 18. Но отчего нет кислорода-19 или кислорода-15? Вероятно, они просто не могут существовать. Может, потому, что попросту они неустойчивы? Ученые думали об этом, но подтвердить догадку им долго не удавалось.

Ее подтвердили своими экспериментами Фредерик и Ирен Жолио-Кюри. Они изучали, какие вещества под действием а-частиц способны испускать нейтроны. Такую способность им удалось наблюдать у алюминия. Но если алюминий действительно испускает нейтроны, то превращается он тогда не в кремний, как мы видели из уравнения ядерной реакции на стр. 285, а в другой элемент — фосфор:

где п — обозначение нейтрона.

Но изотоп фосфор-30 был новым изотопом элемента, не обнаруженным в природе. Ученые нашли, что изотоп этот радиоактивен и продукт его распада — кремний-30. Этот изотоп кремния мог образоваться только в том случае, если бы фосфор испустил какую-то частицу с массой электрона, но с положительным зарядом. Такую частицу открыл в 1932 г. американец Карл Андерсон. Она была названа позитроном.

Итак, был найден способ возбуждать искусственную радиоактивность, получать искусственные радиоактивные изотопы, не существующие в природе. Таких радиоактивных изотопов известно теперь более тысячи. Кроме того, супруги Жолио-Кюри обнаружили новый вид радиоактивного распада — позитронный, т. е. испускание положительного электрона, или бета⁺-распад (в отличие от электронного бета-рас-пада).

Энрико Ферми решил получить новые искусственные радиоактивные изотопы, бомбардируя различные элементы нейтронами, а не а-частицами, как Жолио-Кюри. Ферми немалого уже достиг, пока в его руки не попал элемент уран. Тут он вдруг обнаружил, что если нейтроны предварительно замедлить, то с их помощью ядерные реакции протекают значительно интенсивнее. И вот поток медленных нейтронов обрушился на уран, и вскоре Ферми объявил о сенсационных результатах. Под действием медленных нейтронов из урана рождались новые трансурановые эдементы. Эпидемия «трансурановой лихорадки» прокатилась по лабораториям физических институтов.

Но как только химики вмещались в дело, оно приняло неожиданный оборот. На дне их пробирок оседали соединения элементов, появление которых представлялось совершенно загадочным. Это были соединения лантана и бария, элементов из середины периодической системы.

Рис. 11. Схематическое изображение деления урана под действием медленных нейтронов. Оказалось, что нейтроны хорошо замедляются в воде.

Тогда немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрасман сделали невероятное предположение: под действием медленных нейтронов ядро урана может разделиться на две части; и эти части - изотопы элементов из середины таблицы Менделеева (рис. 11). Ган тут же написал статью об открытии (1938). Потом он вспоминал: "После того как статья была отправлена по почте, все это показалось столь невероятным, что захотелось вернуть статью обратно из почтового ящика". Так было открыто деление урана.

Ядро урана распадалось на два осколка. При этом выделялась огромная энергия. Но вместе с осколками из погибающего уранового ядра вылетало несколько свободных нейтронов. Они могли разрушать другие ядра урана. И так далее. При благоприятных условиях в куске урана могла возникнуть так называемая цепная реакция деления - колоссальной мощности ядерный взрыв.

Человек осуществил процесс, которого, казалось, не знала природа. Люди еще не обнаружили в ней столь глубокое превращение элементов. Изотопы 35 химических элементов - от цинка (элемент № 30) до тербия (элемент № 65) - были найдены среди осколков деления урана.

Пьер Кюри (1859-1906)

Французский физик, член Парижской академии наук, лауреат Нобелевской премии (1903). Кюри провел классические исследования по изучению свойств кристаллов, магнетизму и радиоактивности. В 1880 г. совместно с братом Жаном Кюри открыл явление пьезоэлектричества. Изучал магнетизм (закон Кюри), для железа обнаружил существование особой температуры (точка Кюри), выше которой исчезают его ферромагнитные свойства. Совместно с женой М, Склодовской-Кюри открыл полоний и радий (1898) и изучал явление радиоактивности.

Мария Склодовская-Кюри (1867-1934)

Физик и химик, по национальности полька, работала во Франции, член академий многих стран, в том числе член-корреспондент Петербургской Академии наук, а затем почетный член Академии наук СССР, лауреат Нобелевских премий (1903, 1911). Склодовская-Кюри - один из основоположников учения о радиоактивных элементах, в 1898 г. совместно с мужем П. Кюри открыла радиоактивные элементы - полоний и радий и изучала свойства радиоактивного излучения. Разработала метод обработки и анализа отходов урановой руды для получения солей радия, получила радий в металлическом виде. По поручению Брюссельского радиологического конгресса Склодовская-Кюри в 1911 г. изготовила первый эталон радия, хранящийся в Международном бюро мер и весов.

перейти к началу страницы