Развитие атомной энергетики

Страница 7

В Кавендишской лаборатории Резерфорда работали и стажирова­лись молодые ученые из разных стран и в том числе и русские уче­ные П. Л. Капица, К. И. Синельников, А. И. Лейпунский, Ю. Б. Харитон.

Итак, 1932 год стал годом великих открытий в ядерной физике. В этом году возникла физика нового типа, имеющая дело со строением атомов и исследующая неизвестные до того времени силы и взаимодействия частиц в ядре атома. Три открытия 1932 г. считаются особенно важными для дальнейшего развития атомной и ядерной физики:

1. открытие нейтрона;

2. обнаружение позитрона К. Андерсоном в космических лучах. Это была первая открытая учеными ан­тичастица;

3. открытие американским хими­ком Г. Юри вместе с Ф. Брикведце и Г. Мерфи дейтерия – тяжелого водо­рода, стабильного изотопа водорода с массовым числом 2. При создании первой американской бомбы Юри руководил производством тяжелой воды (с дейтерием) и участвовал в работах по разделению изотопов ура­на.

Хотя мы и называем 1932 год годом великих открытий, но роль этих замечательных открытий в раз­витии науки была определена го­раздо позднее. Тогда за ними лишь следовали события, которые слу­жили как бы продолжением этих открытий.

Первым наиболее выдающимся открытием, совершенным после того, как Чедвик доказал существование нейтрона, было открытие Ирен и Фредериком Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности. В этом могли видеть некоторую закономерность. Ведь Жолио-Кюри сде­лали важный шаг к открытию ней­трона, и естественно, что они про­должали опыты по исследованию нейтрона. Для этого у них в лабора­тории било все приспособлено. Они имели источники альфа-излучения и опыт работы в молодой тогда области физики элементарных частиц. Их работы показали, что при облучении альфа-частицами легких элементов некоторые из них испускали наряду с нейтронами и позитроны.

И. и Ф. Жолио-Кюри предпол­ожили, что натолкнулись на какое-то совершенно новое явление, нигде ранее не упоминавшееся, а именно – позитронное излучение. В своих опы­тах они бомбардировали алюминий альфа-частицами большой скорости, а затем постепенно удаляли источ­ник альфа-частиц, но алюминиевый листок продолжал излучать положи­тельные электроны, т. е. позитроны, в течение достаточно продолжитель­ного времени. Так была открыта ис­кусственная радиоактивность (тер­мин родился в Париже, где почти за 40 лет до этого появился термин «радиоактивность»).

Искусственную радиоактивность открыли в 1933 г., а в 1935 г. Ф. Жо­лио-Кюри в своем Нобелевском до­кладе сказал: «Мы видим, что не­сколько сотен различного рода ато­мов, составляющих нашу планету, не являются раз и навсегда созданными и существуют не вечно. Мы воспри­нимаем это именно так потому, что некоторые существуют еще и сейчас. Другие же, менее устойчивые атомы уже исчезли. Из этих последних некоторые, вероятно, будут вновь получены в лабораториях. До настоя­щего времени удалось получить лишь элементы с небольшой продолжи­тельностью жизни - от доли секунды до нескольких месяцев. Чтобы полу­чить достойные упоминания количества элементов со значительно большой продолжительностью жиз­ни, необходимо располагать очень мощным источником излучений».

Ныне в США, России, Европе и других странах появились очень мощ­ные источники излучений в виде ус­корителей протонов и электронов на гигантские энергии.

Дж. Кокрофт (1897-1967), ан­глийский физик, в 1932 г. вместе с Э. Уолтоном создал высоковольтный генератор, работающий по принципу умножения напряжения. Ускоряя ионы до больших скоростей, они сумели в первой половине 1932 г. ускоренными протонами осуществить ядерную реакцию, облучая литиевую мишень, и расщепили ядра атомов лития. Здесь уместно добавить, что в Советском Союзе, в Харьковском физико-техническом институте, ученые-физики К. Д. Синельников, А. К. Вальтер, А. И. Лейпунский и Г. Д. Латышев повторили к ноябрю 1932 г. эксперимент на каскадном генераторе, созданном харьковчана­ми, и расщепили ядро лития. Это сообщение произвело на Западе фу­рор, так как никто не мог ожидать, что в далеком Харькове есть такие кадры физиков и возможности со­здать каскадный генератор в корот­кие сроки.

Вскоре после открытия нейтрона возникли гипотезы о строении ядра. В дискуссии включились физики-тео­ретики, и в их числе Д. Д. Иваненко. В 1932 г. он высказал гипотезу о про­тон-нейтронном составе ядер. Эта модель не сразу была принята, и, в частности, теоретик В. Гейзенберг провел большую работу, участвуя в дискуссиях по структуре атомного ядра: он развил идею обменного характера взаимодействий нуклонов в ядре.

Итальянский физик Э. Ферми (1901-1954), в 1938 г. эмигрировав­ший из фашистской Италии в США, внес большой вклад в развитие со­временной теоретической и экспериментальной физики. Он заложил основы нейтронной физики, впер­вые наблюдал искусственную радио­активность, вызванную бомбардиров­ками нейтронами ряда элементов, в том числе урана, создал теорию этого явления. Позднее, а именно в декаб­ре 1942 г., Ферми первому в мире удалось осуществить управляемую цепную реакцию в построенном им в США первом в мире ядерном реак­торе.

В 1934 г. Э. Ферми пытался с помощью бомбардировки нейтрона­ми элемента урана получить заурановые элементы, не существующие в природе. В результате бомбардиров­ки наблюдалось образование ряда радиоактивных веществ. Химичес­кие исследования показали, что эти вещества являлись изотопами из­вестных элементов периодической системы. Наблюдаемое им впервые в истории физики деление ядер урана не было правильно понято. Ферми предположил, что ядро урана, захватив нейтрон, становится бета-радиоактивным и после испускания бета-частицы превращается в ядро нового трансуранового элемента.

Эта работа Ферми и посвященные тем же проблемам работы его друга Э. Сегре привлекли широкое внима­ние ученых к возможности деления ядер урана. В конце 1934 г. извест­ный физико-химик Ида Ноддак вы­ступила в техническом журнале с общим тезисом о том, что с научной точки зрения недопустимо говорить о новых элементах, не установив, что при облучении урана нейтронами не возникают какие-либо известные химические элементы: «Допустимо, что при бомбардировке тяжелых ядер нейтронами эти ядра распадаются на несколько больших осколков, кото­рые являются изотопами известных элементов, хотя и не соседних с об­лученными».

«Читая сегодня эту фразу, мы ви­дим в ней ясное предсказание воз­можности деления ядер» (это выска­зывание принадлежит В. Герлаху, известному немецкому физику). Но в 1934 г. на эту мысль Иды Ноддак не обратили внимания, ее пророчество повисло в воздухе, и только после опубликования работ по делению ядер О. Ганом и Ф. Штрассманном в 1939 г. И. Ноддак попыталась при­своить себе честь открытия деления ядер урана. Но ученые с этим не согласились, так как Ган и Штрассманн осуществили деление ядер урана медленными нейтронами.

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.