Цепная реакция идей - Федор Кедров

Особо следует подчеркнуть выдающееся значение открытия искусственной радиоактивности для развития идей и методов, которые очень быстро привели к овладению атомной энергией и, в частности, к созданию высокоэффективного ядерного топлива. В Нобелевском докладе Фредерик Жолио-Кюри говорил: «Если, обратившись к прошлому, мы бросим взгляд на успехи, которые были достигнуты наукой во все убыстряющемся темпе, то мы вправе думать, что исследователи, конструируя или разрушая элементы по своему желанию, смогут осуществить ядерные превращения взрывного характера, настоящие химические цепные реакции». Дело в том, что в то время уже были известны цепные химические реакции, открытые академиком Н.Н. Семеновым, но, разумеется, не было цепных ядерных реакций: прилагательное «цепные» было добавлено к ядерным реакциям после открытия деления урана и теоретического расчета возможности выделения вторичных нейтронов. Говоря о ядерных реакциях взрывного характера, Жолио-Кюри, конечно, имели в виду не детонацию, а именно саморазвивающийся «цепной процесс» деления ядер. Именно так можно думать, исходя из последующих слов: «Если окажется, что такие превращения распространяются в веществе, то можно составить себе представления о том громадном освобождении энергии, которое будет иметь место».

Еще в начале века выдающийся английский химик Фредерик Содди, работавший вместе с Резерфордом в Мак-Гиллском университете Монреаля (Канада), выпустил небольшой труд под заглавием «Интерпретация радия». В нем Содди изложил свою гипотезу о существовании еще неизвестных изотопов химических элементов. Многие ученые того времени не приняли эту идею и называли ее фантастической. Но предвидения Содди произвели глубокое впечатление на английского писателя-фантаста Герберта Уэллса. На основе гипотезы Содди Уэллс в 1912 году написал фантастический роман «Освобожденный мир».

Герой романа ученый Холстен в 1933 году, т.е. через 20 лет после выхода в свет романа, открывает явление, подобное тому, которое было названо супругами Жолио-Кюри искусственной радиоактивностью. Любопытно, что предсказание Уэллса совпало с датой действительного открытия искусственной радиоактивности. Холстен произвел «атомную дезинтеграцию» мельчайшей частицы висмута (термин «дезинтеграция» заимствован у Содди). При этом частица висмута взорвалась, превратившись в газ с исключительно «сильной радиоактивностью», который распался в течение семи дней. В противоположность Жолио-Кюри Уэллс не выразил никаких предположений о возможностях мирного применения «атомной дезинтеграции» и весь роман построил на военном применении открытого Холстеном процесса. Уже тогда писатель высказал мысль о том, что среди искусственно созданных человеком радиоактивных изотопов некоторые будут обладать огромной взрывной силой. В романе Уэллса это вещество названо «каролиний», что несколько напоминает название «плутоний» — трансурановый элемент, примененный в атомных бомбах.

Осенью 1935 года Фредерик Жолио-Кюри решил приступить к некоторым экспериментам по применению бета-радиоактивных изотопов для биологических исследований и медицинской диагностики. Раньше он никогда не ставил таких опытов и вообще был далек от биологии и медицины. Можно напомнить, что многие замечательные открытия в физике побуждали их авторов использовать свои открытия в гуманных целях, в частности в медицине. Так было, например, с Вильгельмом Рентгеном, который, несмотря на то, что никогда не был связан с медициной, первый предложил использовать открытые им лучи для медицинских исследований. Мари Кюри создала целую область медицины, известную в ее время под названием кюри-терапии; она сделала первые, но весьма важные шаги в использовании радия для лечения рака.

Опыты Фредерика Жолио-Кюри в области биологии и медицины, как подтвердилось в дальнейшем, были чрезвычайно важными и плодотворными; они положили начало широчайшему применению радиоактивных изотопов для распознавания многих болезней и для лечения больных.

В наше время участие физиков в решении проблем биологии и медицины помогает продвижению вперед этих областей науки, когда-то казавшихся весьма далекими от физики и математики. Известно много случаев, когда крупные физики интересовались проблемами биологии (например Нильс Бор, И.Е. Тамм). Фредерик Жолио-Кюри был, пожалуй, первым известным физиком, непосредственно заинтересовавшимся проблемами медицинской диагностики с применением ядерной энергии. Теперь физики часто принимают участие в решении медицинских проблем как теоретических, так и практических.

Фредерик Жолио-Кюри написал несколько статей по вопросу практического применения искусственных радиоактивных изотопов. В одной из них, напечатанной в 1954 году под названием «Будущее ядерной физики во Франции», он высказал мысль о широком развитии радиоизотопных методов исследований в науке и технике и указывал на возможности конкретного использования изотопов в промышленности, например для просвечивания литья в целях обнаружения дефектов, для измерения толщины металлических изделий в процессе их производства, для устранения электростатического электричества, образующегося при изготовлении текстиля, для измерения расхода жидкостей, исследования механизма фотосинтеза и т.д. Он также подчеркивал возможность применения радиоактивных изотопов в энергетике.

Открытие искусственной радиоактивности Луи де Бройль с полным основанием назвал великим; история науки и техники, так же как и достижения сегодняшнего дня, подтвердили правильность этой оценки. На торжественном заседании Парижской академии наук в октябре 1959 года Луи де Бройль, один из двух самых выдающихся учеников Поля Ланжевена (вторым был Фредерик Жолио), сказал: «Оба они (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. — Ф.К.) стали физиками с мировой известностью. Однако им не хватало великого открытия, которое было бы их вкладом в науку. И они сняли его с древа своих трудов, как снимают созревший плод. Этим великим открытием были искусственные радиоактивные элементы».

Вскоре после получения Нобелевской премии Фредерик Жолио-Кюри стал заведующим кафедрой ядерной химии в Сорбонне и руководителем работ группы французских и иностранных исследователей. К его обширным педагогическим обязанностям прибавилось много научно-организационной работы. Прекрасно понимая важность исследований в области ядерной физики, Фредерик намерен был прежде всего создать условия для развертывания ядерных исследований во Франции. В течение нескольких лет он строит ускоритель Ван де Граафа на 1 миллион электрон-вольт в строительном институте в Аркей-Кашан, заново оборудует Лабораторию Ампера, преобразуя ее в Лабораторию атомного синтеза; строит циклотрон на 7 миллионов электрон-вольт в Коллеж де Франс.

В то же самое время Ирен Жолио-Кюри проводит исследования трансурановых элементов и в этой работе у нее оказывается талантливый сотрудник — югославский физик Павле Савич, впоследствии руководитель крупнейшего в Югославии Института ядерных исследований «Борис Кидрич».

Можно полагать, что к этому времени Ирен и Фредерик Жолио-Кюри понимают, что их работы, как сотни и тысячи других работ по ядерной физике, проводимых во многих странах, приведут в конце концов к возможности практического использования атомной энергии главным образом в качестве энергетического источника. В своем сообщении об открытии искусственной радиоактивности ученые, говоря о возможности «внешней причиной» вызвать радиоактивность некоторых ядер, которая существует непродолжительное время и после удаления источника облучения, высказывали также предположение о существовании более «продолжительной радиоактивности», если облучать элементы другими частицами. Какими?

Супруги Жолио-Кюри утверждали, что более мощными частицами для облучения должны служить пучки протонов и дейтронов, разогнанные до значительных энергий в высоковольтных ускорителях. Этим и объясняется стремление Фредерика оборудовать в руководимых им лабораториях новейшие ускорители, которые в то время только что появились. После опытов Джона Кокрофта и Эрнеста Уолтона, построивших в Кевендишской лаборатории первый высоковольтный ускоритель, Эрнест Лоуренс, чьим именем теперь называется крупнейшая лаборатория по физике высоких энергий Калифорнийского университета, достиг наилучших результатов в создании ускорителя частиц — циклотрона.

С нынешней точки зрения даже примитивные по мощности ускорители того времени еще долго оставались редкостью в европейских лабораториях. Многие исследователи продолжали использовать для бомбардировки мишеней альфа-частицы, но открытие нейтронов изменило положение. Молодой итальянский ученый профессор Римского университета Энрико Ферми, как только узнал об опытах Жолио-Кюри, решил повторить их. Однако для бомбардировки он применил не альфа-частицы, как делали Жолио-Кюри, а нейтроны.