Элементы Мари Кюри. Цена опасного открытия - Дава Собел
Ядро внутри электронных оболочек – внутренность атома, сердце радиоактивности – по-прежнему оставалось непроницаемым для исследователей. Известное только как локус положительного заряда, оно каким-то образом умудрялось изгонять отрицательные электроны в процессе бета-распада. Некоторые ученые, присутствовавшие в Риме, уже пытались «тыкать» ядро разными средствами в надежде раскрыть его секреты. Пожалуй, самым захватывающим из услышанных Мари было выступление Вальтера Боте, директора Института физики в Гессенском университете. Он и его сотрудник-студент, Герберт Беккер, использовали лучи альфа-частиц от полония для бомбардировки мишеней, изготовленных из легких элементов вроде лития, бериллия и бора. Вспышки проникающего излучения вырывались из пораженных мишеней с достаточной энергией, чтобы пронзить кусок свинца толщиной в несколько сантиметров. Испускаемое излучение напоминало гамма-радиацию тем, что не несло никакого заряда, а его измеренная энергия превосходила энергию использованных для бомбардировки альфа-частиц. По всей видимости, материалы мишеней, хоть и не были радиоактивными сами по себе, претерпевали какой-то вид ядерного распада. Ни Бор, ни кто-либо другой не могли объяснить этот странный результат.
* * *
Мари вернулась из своих интернациональных странствий в интернациональную же среду Института радия. Теперь в расширившейся лаборатории Кюри работали сорок мужчин и пятнадцать женщин, представлявшие почти все европейские страны, а также Россию, Китай и Индию. Мадам директор начала проводить еженедельные совещания, чтобы дать исследователям возможность отчитаться от своем прогрессе или пожаловаться на неудачи. Ее последняя стажерка, Бранка Эдме Маркеш, приехала из Лиссабонского университета, после того как в течение шести лет вела там курсы физической, органической и аналитической химии. В свои тридцать два года она стала одной из нескольких талантливых молодых ученых-карьеристов, отобранных в сотрудники нового португальского радиологического института, и была награждена правительственной стипендией, чтобы приобрести необходимый опыт за границей. Бранка Эдме Маркеш решила изучать измерение радиоактивности и химию радиоэлементов в лаборатории мадам Кюри, хотя ее муж и бывший профессор Антониу Соуза Торреш не мог поехать в Париж вместе с ней. Вместо него она взяла с собой свою мать.
Ирен недавно показала свои рентгеновские снимки за несколько лет новому врачу, который успокоил ее тревоги насчет состояния легких. Похоже было, что туберкулез в стадии ремиссии, хотя анемия продолжала серьезно сказываться на ее самочувствии. За тот год она искала облегчения на трех горных курортах, начав в апреле в горах Юра на швейцарской границе. В августе по прибытии в горы Шартрез к северу от Гренобля она жаловалась, что «очень устала и не способна гулять и часа». Однако с течением времени Ирен немного пришла в себя и даже встретилась со своей коллегой и спутницей по пешим прогулкам Анжель Помпеи в Монетье-ле-Бен, курортной местности, которая побаловала ее минеральными ваннами, а также благотворным воздухом Высоких Альп.
Еще некоторое время Ирен отдыхала в сентябре с мужем и дочерью в Ларкуэсте. Когда она была беременна Элен, врачи предупреждали, что ей не следует пытаться родить второго ребенка, учитывая опасное состояние ее здоровья. Тем не менее когда осенью они с Фредериком возобновили свои исследования, она уже ждала второе дитя.
В последнее время супруги тоже применяли лучи альфа-частиц от полония для бомбардировки атомного ядра. Завидный и постоянно пополняемый запас полония в лаборатории Кюри давал им преимущество перед другими исследователями. Решив повторить и расширить недавние эксперименты Вальтера Боте и Герберта Беккера, они начали с подготовки полониевого источника в 98 милликюри – намного более сильного, чем источник в 7 милликюри, который применяли немецкие ученые. Они преобразовывали рассеянную эмиссию альфа-частиц в узкий коллимированный пучок и поочередно направляли его на мишени из бора, бериллия и лития, чтобы проверить, можно ли на самом деле заставить эти нерадиоактивные элементы испускать излучение.
В каждом случае обильное излучение устремлялось из мишени в ионизационную камеру, где его сила замерялась электрометром. Исследователи пытались отклонять излучение магнитами, но успеха не добились. Поскольку оно оказалось нейтральным – не заряженным ни положительно, ни отрицательно, – они приняли его за гамма-излучение. Они размещали на его пути тонкие металлические экраны, и оно легко проходило через них. Когда они заменяли металлические экраны другими, сделанными из богатого водородом материала, такого как парафин, сила ионизации даже увеличивалась.
Как объяснить этот результат? Достаточной неожиданностью было уже само гамма-излучение из легких элементов. Теперь же казалось, что гамма-излучение на самом деле выбивает ядра водорода из парафинового экрана и эти ионы водорода прибавляют свою ионизирующую способность к способности гамма-лучей из мишеней.
Ирен и Фредерик убедили физика и друга семьи Кюри Жана Перрена доложить об этой новости Академии наук.
Глава двадцать восьмая
Вилли (бериллий)
«Я в это не верю», – заявил Эрнест Резерфорд своей кавендишской команде, прочтя отчет Кюри и Жолио в Comptes rendus. Разумеется, он верил, что супруги говорили правду. Он просто не мог прийти к таким же выводам, как они. Он был уверен, что они неверно трактовали свои данные.
Джеймс Чедвик, который некогда был учеником Резерфорда в Манчестере, а теперь стал его коллегой в Кембридже, взялся за эту задачу. Повторяя эксперименты, проведенные в Гисене и Париже, Чедвик тоже обнаружил сверхпроникающее излучение от бомбардируемых мишеней из бериллия и бора. Но это была не гамма-радиация. Вместо этого мощная эмиссия из пораженных мишеней состояла из никогда прежде не виданных нейтральных ядерных частиц, существование которых Резерфорд впервые предположил в 1920 году.
Эти «нейтроны», утверждал Чедвик, выбивались из ядер легких элементов-мишеней. Будучи нейтральными частицами, они избегали отклонения с помощью магнитов. А поскольку нейтрон примерно равнялся по размеру ядру водорода, он мог с легкостью выбить ион водорода из парафиновой пленки.
Существование нейтронов не только решило загадку необычных результатов недавних исследований. Повсюду в периодической таблице нейтроны оказывались недостающим звеном между атомным числом и атомным весом. Легкий элемент-мишень бериллий, например, имевший в таблице четвертый номер, был обязан своим установленным атомным весом – девять – присутствию пяти нейтронов вдобавок к его четырем положительно заряженным частицам, или протонам. Нейтроны, таким образом, оказались «нейтральным балластом», который так долго искали, необходимым для объяснения разницы в атомной массе между изотопами любого элемента.
В семье радиоэлементов нейтроны решили загадку бета-распада. Каждый нейтрон предположительно состоял из связанных вместе протона и электрона, так что разрушение этой
