Виток спирали - Валентин Рич

Сперва Ферми, а за ним и немецкие исследователи решили, что у них получились атомы новых элементов, которые должны идти в таблице Менделеева после урана, — экарения, экаосмия, экаиридия, экаплатины. Но выделить их химическими способами никак не удавалось. И вдруг — это было уже в 1930 году, на шестой год после начала нейтронного обстрела урана — Ган и Штрассман поняли, в чем дело. И Ферми, и они искали атомные ядра тяжелее урана. А надо было искать легкие, И не чуть-чуть легче, а приблизительно в два раза!

Из урана, элемента № 92, получался не радий — элемент № 88, не свинец — элемент Да 82, а например, бром — элемент № 35, рубидий — элемент № 37, стронций — элемент № 38, молибден — элемент № 42, наш новый знакомый — технеций, элемент № 43.

Нейтрон отбивал от уранового ядра не какую-то малую часть вроде альфа-частицы, а буквально разваливал ядра пополам. И каждый разделившийся надвое атом урана излучал энергии раз в сто больше, чем при альфа-распаде. Со времен Беккереля не обнаруживали атомы таких небывалых свойств!

И еще одна особенность была у нового вида ядерных превращений. Чем тяжелее атом, тем больше нейтронов приходится в его ядре на один протон. Поэтому при распаде ядра урана на два ядра средней массы неминуемо должны были высвободиться "лишние" нейтроны. Подсчеты показали: каждый атом урана, поглотив один нейтрон и развалившись, высвобождает два новых нейтрона.

Тогда не так уж много людей понимало, что означает это роковое число: два. Между тем вот как должны были вести себя эти два нейтрона в достаточно большой массе урана: каждый нейтрон, разрушая новое ядро, освобождал бы два новых нейтрона, каждый из новых двух — еще два, и цепная реакция должна была мгновенно охватить весь уран, освобождая из него чудовищное количество ядерной энергии.

Это поняли Эйнштейн и Ферми, бежавшие от фашистов в Америку, Жолио-Кюри во Франции, Ган и Штрассман в Германии, это поняли и советские физики.

Дальнейшее известно, но ядерное оружие — не тема этой книги…

Почти одновременно с Энрико Ферми нейтронной бомбардировкой атомных ядер начал заниматься в Ленинграде молодой физик — на год моложе Ферми — Игорь Васильевич Курчатов.

И как только стало известно, что при нейтронном облучении атомы урана делятся и что при этом освобождается гораздо больше энергии, чем при обычном распаде, Курчатов занялся ураном. Двум своим помощникам, Константину Петржаку и Георгию Флерову, он поручил проверить, как зависит деление урана от энергии нейтронов — то есть, попросту говоря, от скорости нейтронных снарядов.

Петржак и Флеров взяли ампулку с радоном — источником альфа-лучей. Взяли бериллий — из которого альфа-лучи могли бы выбить нейтронные снаряды. Взяли урановую смолку. Смонтировали такой счетчик, чтобы от альфа-частиц он не щелкал, а щелкал от импульса в сто раз большего. И приступили к опытам.

Но прежде чем начать нейтронный обстрел урана бериллиевыми лучами, они решили удостовериться, что у них не будет никаких помех. Смонтировав свой прибор, убрали ампулку с радоном, убрали бериллий и включили счетчик. И тут же раздался щелчок.

Они немного подождали. Новый щелчок!

Не в порядке счетчик?

Петржак проверил все лампы, все конденсаторы, все сопротивления, неисправностей не было.

Значит, помехи не внутри прибора, а вне его. Может быть, виноваты космические лучи? А может, еще проще — по соседней улице прошел трамвай, дуга заискрила? Но существовала еще одна возможность, и молодым экспериментаторам она была, конечно, стократ милей: ну, а если это — свидетельство самопроизвольного деления отдельных урановых ядер? Еще Нильс Бор на основе теоретических расчетов, сделанных вскоре после открытия Гана и Штрассмана, предупреждал, что в принципе урановые ядра могли бы распадаться пополам и самопроизвольно. Надо было продолжить эксперимент. И попытаться проверить это. То есть доказать, что виновник щелчка — именно уран. Но следовало избавиться от всевозможных посторонних помех.

Сперва решили уйти под воду, благо море рядом, Стали уже договариваться с подводниками, но потом от этой затеи отказались: Балтийское море мелкое" а космические лучи проходят через десятки метров воды.

Тогда придумали другой выход: московское метро.

И вот Петржак с Флеровым перевезли свое нехитрое оборудование из Ленинграда в Москву и обосновались на станции "Динамо". Шестидесятиметровый слой земли я бетона надежно изолировал прибор от посторонних зарядов.

Вставлен в счетчик тонкий диск с намазанной на него окисью урана, никаких других источников излучения нет поблизости и в помине.

Томительно потянулись минуты, часы. И вдруг — щелчок. И следом — другой.

В прибор вложили еще один диск с ураном, и щелчков стало вдвое больше. Еще один диск — еще больше щелчков. На сколько больше дисков, на столько больше щелчков!

Так произошло открытие самопроизвольного или, по-научному, спонтанного деления.

Ядро атома урана оказалось таким громоздким сооружением, что уже не могло выдерживать собственной массы. Если у висмута, так сказать, чуть-чуть осыпалась штукатурка, если у полония, астата, радона, радия, тория вываливались из стен отдельные кирпичи, то уран разваливался весь.

После открытия самопроизвольного деления урана можно было уже понять, почему таблица Менделеева кончалась на атом элементе: все ядра, начиная с уранового, неизбежно разваливались…

Глава восьмая,

в которой даются современные рецепты изготовления золота

Впервые граница естественной системы элементов была нарушена в конце 1940 года.

Работавшие на циклотроне Лоуренса американцы Мак-Миллан, Эйбольсон, Сиборг, Вейл и Кеннеди, обстреляв ядрами тяжелого водорода урановую мишень, обнаружили новые ядра, у которых был заряд на один и на два больше, чем у урана.

Элемент № 93 был назван нептунием, а № 94 — плутонием — в честь планет, находящихся в нашей Солнечной системе дальше планеты Уран. У нептуния и плутония оказалось много изотопов, как у всех тяжелых элементов. Все изотопы были сильно радиоактивными.

Единичные сверхтяжелые ядра, полученные в циклотроне, по могли, конечно, иметь практического значения. Но очень скоро появился другой их источник — несравненно более мощный.

При облучении урана нейтронами происходят разные процессы — потому разные, что обычный уран, содержащийся в природных минералах, это, собственно говоря, не один уран, а три разных урана, три изотопа. Одного изотопа, с атомным весом 234, так мало, что его можно вообще не принимать в расчет. Другого, с атомным весом 235, гораздо больше. Именно его атомы, поймав нейтрон, тут же делились пополам, выбрасывая два новых нейтрона. Но урана-235 в общей массе природного урана все же менее одной сотой части. А почти все остальное приходится на третий изотоп, с атомным весом 238. Когда нейтроны из урана-235 попадают в ядра урана-238, его ядро, увеличившись на один нейтрон, тут же выбрасывает электрон. Тем самым оно увеличивает на единицу и свою массу, и свой заряд, и вместо элемента № 92 с массой 238 получается элемент № 93 с массой 239 — изотоп нептуния.

Но поскольку природа предпочитает четные числа, такое ядро особенно живучим быть не может. И действительно, уже через полчаса каждое второе ядро нептуния-239 исторгает электрон и таким образом увеличивает свой заряд еще на единицу и становится изотопом элемента № 94, плутония. Хотя массовое число у такого ядра продолжает оставаться нечетным — 239! — все же 94 протона придают ему большую надежность, и такие ядра живут более двух суток. А по истечении этого срока каждое второе ядро плутония-239 самопроизвольно разрывается на две части, подобно ядру урана-235, но при этом может высвободить уже не два новых нейтрона, а три!

Если загрузить в ядерный реактор природный уран, обогащенный ураном-235, то в реакторе начнет довольно быстро накапливаться плутоний.

Этот плутоний и служит основным ядерным горючим для атомных электростанций. По некоторым подсчетам, к двухтысячному году плутоний будет давать половину всего электричества на Земле. Существует даже предположение, что следующий за нашим железным веком исторический период получит название плутониевого века. Вполне возможно.

Однако и само по себе сотворение плутония уже означает великую практическую победу новой алхимии. По сравнению с ней "Дело Солнца" показалось бы, вероятно, даже Роджеру Бэкону и Джеймсу Прайсу процедурой, не достойной серьезного внимания.

И все же интересно, как выглядит это "Дело" сегодня, когда наука ушла от эпохи философского камни на целый виток спирали? Существуют ли современные реценты изготовления золота, отстоящие столь же далеко от прописей доктора Айриша или Иоанна Исаака Голланда?