Химия актиноидов (актинидов)

другими соединениями урана, в том числе и с теми, которые не обладали

способностью фосфоресцировать или годами лежали в темном месте, и каждый

раз на пластинках появлялось изображение.

У Беккереля возникает пока еще не вполне ясная мысль, что уран представляет

собой «первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное невидимой

фосфоресценции».

В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ

получения чистого металлического урана. Беккерель попросил у Муассана

немного уранового порошка и установил, что излучение чистого урана

значительно интенсивнее, чем его соединений, причем это свойство урана

оставалось неизменным при самых различных условиях опытов, в частности при

сильном нагревании и при охлаждении до низких температур.

С публикацией новых данных Беккерель не спешил: он ждал, когда Муассан

сообщит о своих весьма интересных исследованиях. К этому обязывала научная

этика. И вот 23 ноября 1896 года на заседании Академии наук Муассан сделал

доклад о работах по получению чистого урана, а Беккерель рассказал о новом

свойстве, присущем этому элементу, которое заключалось в самопроизвольном

делении ядер его атомов. Это свойство было названо радиоактивностью.

Открытие Беккереля ознаменовало собой начало новой эры в физике — эры

превращения элементов. Отныне атом уже не мог считаться единым и

неделимым—перед наукой открывался путь в глубины этого «кирпичика»

материального мира.

Естественно, что теперь уран приковал к себе внимание ученых. Вместе с тем

их интересовал и такой вопрос: только ли урану присуща радиоактивность?

Быть может, в природе существуют и другие элементы, обладающие этим

свойством?

Ответ на этот вопрос смогли дать выдающиеся физики супруги Пьер Кюри и

Мария Складовская-Кюри. С помощью прибора, сконструированного мужем, Мария

Кюри исследовала огромное количество металлов, минералов, солей. Работа

велась в неимоверно тяжелых условиях. Лабораторией служил заброшенный

деревянный сарай, который супруги подыскали в одном из парижских дворов.

«Это был барак из досок, с асфальтовым полом и стеклянной крышей, плохо

защищавшей от дождя, без всяких приспособлений, — вспоминала впоследствии

М. Кюри. — В нем были только старые деревянные столы, чугунная печь, не

дававшая достаточно тепла, и классная доска, которой так любил пользоваться

Пьер. Там не было вытяжных шкафов для опытов с вредными газами, поэтому

приходилось делать эти операции на дворе, когда позволяла погода, или же в

помещении при открытых окнах». В дневнике П. Кюри есть запись о том, что

порой работы проводились при температуре всего шесть градусов выше нуля.

Много проблем возникало и с получением нужных материалов. Урановая руда,

например, была очень дорогой, и купить на свои скромные средства

достаточное количество ее супруги Кюри не могли. Они решили обратиться к

австрийскому правительству с просьбой продать им по невысокой цене отходы

этой руды, из которой в Австрии извлекали уран, используемый в виде солей

для окрашивания стекла и фарфора. Ученых поддержала венская Академия наук,

и несколько тонн отходов было доставлено в их парижскую лабораторию.

Мария Кюри работала с необыкновенным упорством. Изучение разнообразных

материалов подтверждало правоту Беккереля, считавшего, что радиоактивность

чистого урана больше любых его соединений. Об этом говорили результаты

сотен опытов. Но Мария Кюри подвергала исследованиям все новые и новые

вещества. И вдруг... Неожиданность! Два урановых минерала — хальколит и

смоляная руда Богемии — гораздо активнее действовали на прибор, чем уран.

Вывод напрашивался сам собой: в них содержится какой-то неизвестный

элемент, характеризующийся еще более высокой способностью к радиоактивному

распаду. В честь Польши— родины М. Кюри—супруги назвали его полонием.

Снова за работу, снова титанический труд — и еще победа: открыт элемент, в

сотни раз превосходящий по радиоактивности уран. Этот элемент ученые

назвали радием, что по-латыни означает «луч».

Открытие радия в какой-то мере отвлекло научную общественность от урана. В

течение примерно сорока лет он не очень волновал умы ученых, да и

инженерная мысль редко баловала его своим вниманием. В одном из томов

технической энциклопедии, изданном в 1934 году, утверждалось: «Элементарный

уран практического применения не имеет». Солидное издание не грешило против

истины, но спустя всего несколько лет жизнь внесла существенные коррективы

в представления о возможностях урана.

В начале 1939 года появились два научных сообщения. Первое, направленное во

французскую Академию наук Фредериком Жолио-Кюри, было озаглавлено

«Экспериментальное доказательство взрывного расщепления ядер урана и тория

под действием нейтронов». Второе сообщение— его авторами были немецкие

физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер — опубликовал английский журнал «Природа»;

оно называлось: «Распад урана под действием нейтронов: новый вид ядерной

реакции». И там, и там речь шла о новом, доселе неизвестном явлении,

происходящем с ядром самого тяжелого элемента — урана.

Еще за несколько лет до этого ураном всерьез заинтересовались «мальчуганы»

— именно так дружелюбно называли группу молодых талантливых физиков,

работавших под руководством Энрико Ферми в Римском университете. Увлечением

этих ученых была нейтронная физика, таившая в себе много нового,

неизведанного.

Было обнаружено, что при облучении нейтронами, как правило, ядра одного

элемента превращаются в ядра другого, занимающего следующую клетку в

Периодической системе. А если облучить нейтронами последний, 92-й

элемент—уран? Тогда должен образоваться элемент, стоящий уже на 93-м

месте—элемент, который не смогла создать даже природа!

Идея понравилась «мальчуганам». Еще бы, разве не заманчиво узнать, что

собой представляет искусственный элемент, как он выглядит, как ведет себя?

Итак, уран облучен. Но что произошло? В уране появился не один

радиоактивный элемент, как ожидалось, а по меньшей мере, десяток. Налицо

была какая-то загадка в поведении урана. Энрико Ферми направляет сообщение

об этом в один из научных журналов. Возможно, считает он, образовался 93-й

элемент, но точных доказательств этого нет. Но, с другой стороны, есть

доказательства, что в облученном уране присутствуют какие-то другие

элементы. Но какие?

Попытку дать ответ на этот вопрос предприняла дочь Марии Кюри— Ирен Жолио-

Кюри. Она повторила опыты Ферми и тщательно исследовала химический состав

урана после облучения его нейтронами. Результат был более чем неожиданным:

в уране появился элемент лантан, располагающийся примерно в середине

таблицы Менделеева, т. е. очень далеко от урана.

Когда те же эксперименты проделали немецкие ученые Отто Ган и Фридрих

Штрассман, они нашли в уране не только лантан, но и барий. Загадка за

загадкой!

Ган и Штрассман сообщили о проведенных опытах своему другу известному

физику Лизе Мейтнер. Теперь уже урановую проблему пытаются решить сразу

несколько крупнейших ученых. И вот, сначала Фредерик Жолио-Кюри, а спустя

некоторое время Лиза Мейтнер приходят к одному и тому же выводу: при

попадании нейтрона ядро урана как бы разваливается на части. Этим и

объясняется неожиданное появление лантана и бария — элементов с атомным

весом, примерно вдвое меньшим, чем у урана.

Американского физика Луиса Альвареса, впоследствии лауреата Нобелевской

премии, это известие застало в одно январское утро 1939 года в кресле

парикмахера. Он спокойно просматривал газету, как вдруг ему бросился в

глаза скромный заголовок: «Атом урана разделен на две половины».

Через мгновение к изумлению парикмахера и посетителей, ожидавших очереди,

странный клиент выбежал из парикмахерской, наполовину подстриженный, с

салфеткой, туго завязанной вокруг шеи и развевающейся на ветру. Не обращая

внимания на удивленных прохожих, физик мчался в лабораторию Калифорнийского

университета, где он работал, чтобы сообщить о потрясающей новости своим

коллегам. Те поначалу были ошарашены весьма оригинальным видом

размахивающего газетой Альвареса, но, когда услышали о сенсационном

открытии, тотчас же забыли о его необычной прическе.

Да, это была подлинная сенсация в науке. Но Жолио-Кюри установил и другой

важнейший факт: распад уранового ядра носит характер взрыва, при котором

образующиеся осколки разлетаются в стороны с огромной скоростью. Пока

удавалось расколоть лишь отдельные ядра, энергия осколков только нагревала

кусок урана. Если же число делений будет велико, то при этом выделится

огромное количество энергии.

Но где раздобыть такое количество нейтронов, чтобы одновременно

бомбардировать ими большое число ядер урана? Ведь известные ученым

источники нейтронов давали их во много миллиардов раз меньше, чем

требовалось. На помощь пришла сама природа. Жолио-Кюри обнаружил, что при

делении ядра урана из него вылетает несколько нейтронов. Попав в ядра

соседних атомов, они должны привести к новому распаду— начнется так

называемая цепная реакция. А поскольку эти процессы длятся миллионные доли

секунды, сразу выделится колоссальная энергия— неизбежен взрыв. Казалось

бы, все ясно. Но ведь куски урана уже не раз облучали нейтронами, а они при

этом не взрывались, т. е. цепная реакция не возникала. Видимо, нужны еще

какие-то условия. Какие же? На этот вопрос Фредерик Жолио-Кюри ответить

пока не мог.

И все же ответ был найден. Нашли его в том же 1939 году молодые советские

ученые Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон. В своих работах они установили, что

есть два пути развития цепной ядерной реакции. Первый— нужно увеличить

размеры куска урана, так как при облучении маленького куска многие

выделившиеся вновь нейтроны могут вылететь из него, не встретив на своем

пути ни одного ядра. С ростом массы урана вероятность попадания нейтрона в

цель, естественно, возрастает.

Есть и другой путь: обогащение урана изотопом 235. Дело в том, что

природный уран имеет два основных изотопа, атомный вес которых равен 238 и

235. В ядре первого из них, на долю которого приходится в 140 раз больше

атомов, имеется на три нейтрона больше. «Бедный» нейтронами уран-235 жадно

их поглощает — гораздо сильней, чем его «зажиточный» брат, который даже не

делится на части, а превращается в другой элемент. Это свойство изотопа

ученые в дальнейшем использовали для получения искусственных трансурановых

элементов. Для цепной же реакции равнодушие урана-238 к нейтронам

оказывается губительным: процесс чахнет, не успев набрать силу. Зато чем

больше в уране «жадных» до нейтронов атомов изотопа 235, тем энергичнее

пойдет реакция.

Но, чтобы начался процесс, нужен еще и первый нейтрон—та «спичка», которая

должна вызвать атомный «пожар». Конечно, для этой цели можно

воспользоваться обычными нейтронными источниками, которые ученые и ранее

применяли в своих исследованиях, — не очень удобно, но можно. А нет ли

более подходящей «спички»?

Есть. Ее нашли другие советские ученые К. А. Петржак и Г. Н. Флеров.

Исследуя в 1939—1940 годах поведение урана, они пришли к выводу, что ядра

этого элемента способны распадаться самопроизвольно. Это подтвердили

результаты опытов, проведенных ими в одной из ленинградских лабораторий.

Но, может быть, уран распадался не сам, а, например, под действием

космических лучей: ведь Земля непрерывно находится под их обстрелом.

Значит, опыты нужно повторить глубоко под землей, куда не проникают эти

космические гости. Посоветовавшись с крупнейшим советским ученым-атомником

И. В. Курчатовым, молодые исследователи решили провести эксперименты на

какой-нибудь станции Московского метрополитена. В Наркомате путей сообщения

это не встретило препятствий, и вскоре в кабинет начальника станции метро

«Динамо», находившейся на глубине 50 метров, на плечах научных работников

была доставлена аппаратура, которая весила около трех тонн.

Как всегда, мимо проходили голубые поезда, тысячи пассажиров спускались и

поднимались по эскалатору, и никто из них не предполагал, что где-то совсем

рядом ведутся опыты, значение которых трудно переоценить. И вот, наконец,

получены результаты, аналогичные тем, которые наблюдались в Ленинграде.

Сомнения не было: ядрам урана присущ самопроизвольный распад. Чтобы

заметить его, нужно было проявить незаурядное экспериментаторское

мастерство: за 1 час из каждых

60 000 000 000 000 атомов урана распадается лишь один. Поистине — капля в

море!

К. А. Петржак и Г. Н. Флеров вписали заключительную страницу в ту часть

биографии урана, которая предшествовала проведению первой в мире цепной

реакции. Ее осуществил 2 декабря 1942 года Энрико Ферми.

В конце 30-х годов Ферми, как и многие другие крупные ученые, спасаясь от

гитлеровской чумы, вынужден был эмигрировать в Америку. Здесь он

намеревался продолжить свои важнейшие эксперименты. Но для этого

требовалось немало денег. Нужно было убедить американское правительство в

том, что опыты Ферми позволят получить мощное атомное оружие, которое можно

будет использовать для борьбы с фашизмом. Эту миссию взял на себя ученый с

мировым именем Альберт Эйнштейн. Он пишет письмо президенту США Франклину

Рузвельту, которое начинается словами: «Сэр! Последняя работа Э. Ферми и Л.

Сцилларда, с которой я ознакомился в рукописи, позволяет надеяться, что

элемент уран в ближайшем будущем может быть превращен в новый важный

источник энергии...». В письме ученый призывал правительство начать

финансирование работ по исследованию урана. Учитывая огромный авторитет

Эйнштейна и серьезность международной обстановки, Рузвельт дал свое

согласие.

В конце 1941 года жители Чикаго могли заметить царившее на территории

одного из стадионов необычное оживление, которое не имело к спорту ни

малейшего отношения. К воротам его то и дело подъезжали машины с грузом.

Многочисленная охрана не разрешала посторонним даже приближаться к ограде

стадиона. Здесь, на теннисных кортах, расположенных под западной трибуной,

Энрико Ферми готовил свой опаснейший эксперимент — осуществление

контролируемой цепной реакции деления ядер урана. Работы по сооружению

первого в мире ядерного реактора велись днем и ночью в течение года.

Наступило утро 2 декабря 1942 года. Всю ночь ученые не смыкали глаз, снова

и снова проверяя расчеты. Шутка ли сказать: стадион находится в самом

центре многомиллионного города, и хотя расчеты убеждали в том, что реакция

в атомном котле будет замедленной, т. е. не будет носить взрывного

характера, рисковать жизнью сотен тысяч людей никто не имел права. День уже

давно начался, пора было завтракать, но об этом все забыли —не терпелось

как можно скорее приступить к штурму атома. Однако Ферми не торопится: надо

дать уставшим людям отдохнуть, нужна разрядка, чтобы затем снова все

тщательно взвесить и обдумать. Осторожность и еще раз осторожность. И вот,

когда все ждали команду начать эксперимент, Ферми произнес свою знаменитую

фразу, вошедшую в историю покорения атома,—всего два слова: «Идемте-ка

завтракать!».

Завтрак позади, все вновь на своих местах — опыт начинается. Взгляды ученых

прикованы к приборам. Томительны минуты ожидания. И, наконец, счетчики

нейтронов защелкали, как пулеметы. Они словно захлебывались от огромного

количества нейтронов, не успевая их считать! Цепная реакция началась! Это

произошло в 15 часов 25 минут по чикагскому времени. Атомному огню

позволили гореть 28 минут, а затем по команде Ферми цепная реакция была

прекращена.

Один из участников эксперимента подошел к телефону и заранее условленной

шифрованной фразой сообщил начальству: «Итальянский мореплаватель добрался

до Нового Света!» Это означало, что выдающийся итальянский ученый Энрико

Ферми освободил энергию атомного ядра и доказал, что человек может

контролировать и использовать ее по своей воле.

Но воля воле рознь. В те годы, когда происходили описываемые события,

цепная реакция рассматривалась прежде всего как этап на пути к созданию

атомной бомбы. Именно в этом направлении и были продолжены в Америке работы

ученых-атомников.

Обстановка в научных кругах, связанных с этими работами, была крайне

напряженной. Но и здесь не обходилось без курьезов.

Осенью 1943 года решено было попытаться вывезти из оккупированной немцами

Дании в Америку крупнейшего физика Нильса Бора, чтобы использовать его

громадные знания и талант. Темной ночью на рыбацком суденышке, тайно

охраняемом английскими подводными лодками, ученый под видом рыбака был

Страницы: 1, 2, 3, 4