Атомистика в предвоенные годы.
Этот период был полон ожиданий новых открытий в ядерной физике.
В начале нашего столетия очень немногие верили в решение «атомной проблемы». В первые годы XX в. в университетских учебниках физики было написано «атомная гипотеза», даже не теория. Более того, людей, веривших в нее, высмеивали, их исследования не поддерживали. Слишком уж многое было неясно. И только ученые – физики и химики, дерзкая мысль которых проникла в строение атома, понимали, какие глубины и тайны таит в себе природа микромира.
Виднейшие ученые-физики, очень многое сделавшие для проникновения внутрь атома и его ядра, хорошо осознавали, какая бездна трудностей ждет их на пути овладения тайнами строения ядра. В 1933 г. в своем письме Британской ассоциации Э. Резерфорд заявил: «...эти превращения атомов представляют исключительный интерес для ученых, но мы не сможем управлять ядерной энергией в такой степени, чтобы это имело какую-нибудь коммерческую ценность. И я считаю, что вряд ли мы когда-нибудь будем способны это сделать. Наш интерес к этой проблеме – чисто научный».
Резерфорд интуитивно понимал, каких огромных усилий, в том числе и материальных, может потребовать управление ядерной энергией. Ему было ясно, что только военные надобности могут заставить государство освоить ядерную энергию, а этого, хотелось бы верить, опасался великий ученый. Последние фразы есть, конечно, домысел авторов. К сожалению, на алтарь войны часто приносились в жертву гениальные научные открытия, величайшие научные достижения.
В 1938 г. И. Кюри вместе с П. Савичем установила, что при попадании нейтронов в ядро урана последнее разделяется и получается элемент, обладающий свойствами лантана, а не трансуранового элемента, как предполагал в 1934г. Э. Ферми, бомбардируя уран. По существу Ферми и И. Кюри были в своих опытах очень близки к открытию деления ядер урана, к сенсации в физике, к установлению факта, что существуют ядерные реакции, при которых ядро «раскалывается» на два приблизительно равных по массе осколка. Кстати, А. фон Гроссе пытался доказать, что в опыте Ферми из урана образуется изотоп предшествующего атома – протактиния. Однако Э. Ферми образование протактиния решительно отвергал и был прав.
Физики-ядерщики, теоретики и экспериментаторы, в 1937-1938 гг. были в некоем ажиотаже, в состоянии ожидания скорой сенсации в ядерной физике. Кстати, в эти годы и в жизни народов происходили крупные события. Гитлеровская Германия набирала силу. В марте 1938 г. Германия захватила всю Австрию. На Мюнхенской конференции в сентябре 1938 г. главами Великобритании (Н. Чемберлен), Франции (Э. Даладье), Италии (Б. Муссолини) и Германии (А. Гитлер) было подписано соглашение о передаче Германии Судетской области Чехословакии (со всеми сооружениями, укреплениями, фабриками, заводами, запасами сырья, путями сообщения и пр.). Это соглашение можно рассматривать как «умиротворение» Германии за счет стран Центральной и Юго-Восточной Европы.
Многое ученые, подвергшись гонениям со стороны гитлеровского режима, были вынуждены эмигрировать из Германии и искать убежища во Франции, Англии, США и других странах. Это были годы настойчивых попыток овладеть ядерной энергией; сознавая перспективность этого нового источника энергии, ученые упорно продвигались к цели. И успех был достигнут в конце декабря 1938 г.
На какой-то стадии в дискуссии по опытам Э. Ферми и И. Жолио-Кюри включились О. Ган, Л. Мейтнер и Ф. Штрассманн из Германии. У них был большой опыт в области радиохимии, и поэтому они посчитали необходимым разобраться в таком важном и сложном вопросе, как создание новых химических элементов. Новые элементы Ферми напомнили им об уране-2, открытом О. Гамом в 1923 г. и оказавшемся изотопом протактиния. Это исключало протактиниевую гипотезу Гроссе.
Началась погоня за трансурановыми элементами, которые, как было доказано впоследствии, не могли ими оказаться.
С большим трудом и постепенно Ган, Мейтнер и Штрассманн уточняли и расширяли представления о последствиях облучения урана и тория нейтронами. (В Германии, в Далемском институте, источники нейтронов обладали слабой интенсивностью, и потому, следя за ходом опытов, Ган, Мейтнер и Штрассманн тратили много времени, сменяя друг друга каждые восемь часов.) Работа И. Кюри и Савича в Париже подтвердила, что при воздействии медленных нейтронов на уран возникает не протактиний, а элемент, напоминающий лантан, т. е. элемент с порядковым номером, гораздо меньшим номера урана. Но это утверждение не было ими распространено в среде физиков.
Работы И. Кюри и Савича послужили поводом для Гана и Штрассманна (Л. Мейтнер вынуждена была покинуть Берлин в июле 1938 г.) еще раз исследовать химическую природу бета-излучателей» возникающих в уран-нейтронных реакциях. Они выявили, что в осадок выпал и барий. Развитие этих событий запечатлено в обширной переписке между тремя главными участниками – О. Ганом, Л. Мейтнер и О. Фришем (племянником Мейтнер). Эти частные письма запечатлели историю открытия деления ядер урана медленными нейтронами. Вот одно из писем Гана в Стокгольм, Л. Мейтнер: «Вечер, понедельник, 19 декабря 1938г. Весь день я и неутомимый Штрассманн при поддержке ассистенток Либер и Боне работали с продуктами урана. Сейчас 11 часов вечера, в 12.00 вернется Штрассманн, и я смогу пойти домой...» После рассказа о ходе эксперимента он пишет: «Через пару дней я вновь напишу тебе о результатах. Сердечный привет твоему Отто». Л. Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши результаты ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию...»
21 декабря О. Ган пишет Л. Мейтнер: «Активированный барий не превращается в излучающий лантан...»
22 декабря 1938 г. в редакцию журнала «Naturwissenschaft» поступила работа О. Гана и Ф. Штрассманиа «О доказательстве существования и свойствах щелочноземельных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами». В статье было написано об образовании ядер бария.
Несколько позже Л. Мейтнер и О. Фриш показали, что ядра урана-235 делятся под действием медленных нейтронов на два осколка. Они ввели термин «деление ядер».
Деление тяжелого ядра (урана) сопровождается выделением энергии осколков порядка 200 МэВ. В последующем было установлено, что при бомбардировке урана медленными нейтронами число нейтронов на один акт деления составляет 2,5. Для более тяжелых элементов число нейтронов несколько увеличивается, именно это обстоятельство позволяет осуществлять цепную ядерную реакцию.
28 января 1939 г. в «Naturwissenschaft» была направлена вторая, более обстоятельная статья О. Гана и Ф. Штрассманна «Доказательство возникновения активных изотопов бария из урана и тория при облучении их нейтронами». Сразу же после-публикации в январе 1939 г. статьи Гана и Штрассманна о делении урана в ряде лабораторий опыты с расщеплением ядер были повторены и дали подтверждение результатов работ О. Гана и Ф. Штрассманна.
В Принстоне (США) Н. Бор и А. Уилер приступили к разработке теории деления ядра (как капли). В их статье была ссылка на работы Я. И. Френкеля (из ЛФТИ), который независимо от Бора и Уилера построил теорию деления. Капельной моделью ядра занимался и известный ленинградский физик-теоретик (эмигрировавший из СССР) Г. Гамов.
Ныне, когда прошло уже много лет с того времени, как был открыт процесс деления ядер атомов, можно с уверенностью сказать, что это было одно из тех редких открытий, которое оказало значительное влияние на жизнь всего человечества. Качественно процесс деления был объяснен учеными сразу трех стран: Бором (Дания), Уилером (США) и Френкелем (СССР). Деление ядер происходит при определенном соотношении кудоновских сил отталкивания, которые стремятся разорвать тяжелое ядро (урана), и сил поверхностного натяжения, которые этому препятствуют. Основной величиной в этой модели являлся так называемый порог деления, который, как предполагалось, определялся только этими противоборствующими силами.
В советских научных центрах, и прежде всего связанных с ядерной физикой, интерес к радиохимическим исследованиям ядра атома вспыхнул с новой силой после сообщений об открытии деления ядер урана в Германии в начале 1939 г. Уже первая информация о теории процесса позволяла сделать фантастические выводы: новая форма ядерной реакции высвобождает огромное количество энергии.
Внеочередное заседание так называемого «ядерного семинара», регулярно проводимого в ЛФТИ И. В. Курчатовым, привлекло внимание не только сотрудников Физтеха, но и ученых из других организаций, в том числе из Института химической физики: Н. Н. Семенова, Ю. Б. Харитона, Я. Б. Зельдовича и др.
На семинаре было высказано предположение, что при бомбардировке урана нейтронами возникают не только крупные осколки, но и свободные нейтроны. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович развили мысль, что свободные нейтроны могут быть захвачены соседними урановыми ядрами и реакция станет нарастать лавиной, т.е. по принципу цепной реакции, а это взрыв! В том же 1939 г. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович показали возможность осуществления цепной реакции деления ядер урана-235.
Впечатляющие исследования, связанные с проблемой атома, проводились в РИАН. РИАН ставил задачей изучение явлений природной и искусственной радиоактивности. Запущенный в те далекие годы первый в СССР и Европе циклотрон на энергию 4 МэВ позволил получить результаты по взаимодействию нейтронов почти со всеми элементами периодической системы. С помощью циклотрона были сформированы нейтронные пучки высокой интенсивности. Среди продуктов деления В. Хлопиным, М. Пасвик и Н. Волковым весной 1939 г. были обнаружены радиоактивные изотопы брома, теллура и сурьмы.
И. В. Курчатов, работая над проблемой ядра атома, отлично сознавал, что сооружаемый в РИАН циклотрон является идеальной установкой для получения интенсивных потоков нейтронов. Вложив много труда и изобретательности, Курчатов ускорил ввод этой установки и вместе с Мысовским, создателем циклотрона, получил много интересных результатов. Но И. В. Курчатов хорошо понимал, что нужен циклотрон на еще большие энергии, и получил согласие на сооружение к 1 января 1942 г. циклотрона на 12 МэВ в специально построенном для него новом здании ЛФТИ. Однако его запуску помешала война, и он был введен в эксплуатацию уже после войны, в 1949 г.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
