Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

что наше здоровье не на высоте, что мы подвергаем его тяжелым испытаниям. Как это случается со всеми, кто знает цену совместной жизни, нас иногда охватывал страх перед непоправимым. Тогда какое-то чувство, быть может просто храбрость, приводило Пьера неизменно к одному и тому же выводу: пусть мы будем казаться бездушными существами, нам все равно надо работать»,— писала Мария Кюри много лет спустя.

Оба они безвременно ушли из жизни: Пьер в 1906 г. был сбит на улице Парижа ломовым извозчиком, Мария умерла в 1934 г. от последствий радиоактивного облучения.

К 1902 г. Мария Кюри выделила из тонны руды несколько десятых долей грамма концентрированного препарата радия, еще три года спустя она имела 0,4 г чистого хлорида радия и лишь в 1910 г., через 12 лет после начала работы, исполнилась ее мечта: она увидела, наконец, серебристо-белую капельку чистого металла радия массой 0,0085 г. Но эта капелька излучала в 3 млн. раз активнее, чем такая же капелька урана.

Научный подвиг Пьера и Марии Кюри был признан во всем мире еще при их жизни: в 1903 г. они совместно с Анри Беккерелем удостоены Нобелевской премии по физике. В 1911 г., уже после смерти Пьера Кюри, Шведская академия наук присуждает Марии Кюри вторую Нобелевскую премию (по химии) — этой чести за всю историю Нобелевских премий удостоены только три исследователя.

ЭРНЕСТ РЕЗЕРФОРД

И ФРЕДЕРИК СОДДИ

Приведенный ниже рисунок появился впервые в 1903 г. в докторской диссертации Марии Кюри. Теперь он вошел во все учебники мира и каждый школьник бойко объяснит, что радиоактивные вещества испускают три типа лучей, которые (с легкой руки Резерфорда) получили название α-, β- и γ-лучей.

Испускание β-лучей еще в 1898 г. обнаружил Беккерель, позже было показано, что их свойства совпадают со свойствами катодных лучей, то есть они представляют собой поток быстрых электронов (электрон — очень кстати — был открыт в предыдущем году). Два года спустя французский ученый Поль Вийяр (1860—1934) установил, что одним из компонентов «урановых лучей» являются γ-лучи, свойства которых оказались подобными Х-лучам Рентгена. В январе 1899 г. Резерфорд обнаружил третий компонент — α-лучи неизвестной дотоле природы. В наше время даже школьники знают, что α-лучи — это «просто» ядра гелия, но, чтобы доказать этот факт, в то время даже таким людям, как Резерфорд, Содди и Рамзай, потребовалось не менее пяти лет работы.

В чем состояла сложность задачи? Прежде всего, такого понятия, как «ядро атома», тогда еще не изобрели: оно появится только через 11 лет. И хотя электрон уже два года как был известен, само существование атомов не было в то время строго доказано: опыты Перрена будут поставлены лишь 9 лет спустя. Отголосок трудностей тех дней мы чувствуем даже сейчас, при попытке последовательно изложить историю открытий радиоактивности. В самом деле, как мы хорошо теперь знаем, все эти явления относятся к области ядерной физики, а нам приходится анализировать их, тщательно избегая употребления слова «ядро».

В год открытия радия Эрнест Резерфорд был докторантом знаменитого Дж. Дж. Томсона в лаборатории Кавендиша. Узнав об открытиях Беккереля и Кюри, он оставляет свои исследования ионизации газов и уже осенью 1898 г. завершает большую работу по изучению радиоактивности урана. Вскоре он переехал в Канаду, возглавил в Монреале кафедру физики университета Мак-Гилла и с присущими ему энергией и размахом занялся всесторонним изучением нового явления. В отличие от Марии Кюри, которая сосредоточилась на химическом выделении радия в чистом виде, Резерфорда больше всего интересовала физическая природа радиоактивности.

В чем суть явления радиоактивности? Каков ее внутренний механизм? И в чем ее истинная причина? Вот что хотел понять Резерфорд прежде всего.

Для начала он решил изучить свойства α-частиц.

Через три года напряженной работы («Шесть дней в неделю сижу в лаборатории допоздна»,— писал он невесте в Новую Зеландию) Резерфорд был уже почти уверен, что α-частицы — это не что иное, как дважды ионизованные атомы гелия. Он опирался при этом на простой и общеизвестный факт: во всех соединениях урана и тория был обнаружен гелий, причем в больших количествах. Например, из 1 г тория можно прокаливанием выделить около 10 см3 гелия, что примерно в 100 раз превышает объем взятого тория. Гелий, который нашли на Земле за семь лет до этого (кстати, именно в минералах тория), к 1902 г. был уже хорошо изучен, и о нем было известно, что он относится к группе благородных газов и ни в какие химические реакции не вступает. Поэтому объяснить химическими причинами присутствие такого количества гелия в тории не представлялось возможным.

Итак, гелий образуется из радиоактивных элементов. Но что при этом происходит с самими элементами?

Вскоре после приезда в Канаду Резерфорд смог объяснить одно наблюдение своего препаратора: оказалось, что соединения тория выделяют какой-то неизвестный радиоактивный газ, который он назвал «эманацией» (дословно — «то, что выделяется»).

Годом позже Пьер и Мария Кюри наблюдали такую же эманацию радия. Дополнительные опыты показали, что это очень тяжелый газ и что он довольно быстро теряет свою радиоактивность: каждые четыре дня она уменьшается вдвое.

Это была новая загадка: к тому времени радиоактивность уже привыкли считать неизменной характеристикой элемента, примерно такой же, как его атомная масса. Что же происходит с радием? И откуда берутся теперь уже два газа — гелий и эманация радия?

Осенью 1900 г. к Резерфорду присоединился молодой и талантливый химик Фредерик Содди (1877—1956). Вскоре они доказали, что эманация радия — это инертный газ, химические свойства которого подобны свойствам всех благородных газов: гелия, неона, аргона, криптона и ксенона. (Совместно с Уильямом Рэлеем их открыл Уильям Рамзай и в 1901 г. догадался, что в таблице Д. И. Менделеева они образуют особую 8-ю группу с нулевой валентностью.)

Через два года вдохновенной работы (оба они были так молоды тогда: одному 29 лет, другому — всего 23!) Резерфорд и Содди пришли к поразительному заключению: радиоактивность есть не что иное, как распад атома на заряженную частицу (именно ее мы воспринимаем как радиоактивное излучение) и атом другого элемента, по своим химическим свойствам отличный от исходного. Образовавшийся при распаде атом также может оказаться радиоактивным и испытать дальнейший распад.

Это утверждение, известное теперь как гипотеза радиоактивного распада, в то время казалось неожиданным и очень смелым. Посудите сами: только в конце века начали соглашаться (да и то не все!) с тем, что атомы существуют. Но при этом