Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

почти полностью обновляется, сохраняя при этом свою индивидуальность и целостность.

Теперь, почти столетие спустя после открытия радиоактивности, кажется странным, почему ее не замечали раньше: ведь она повсюду вокруг и даже внутри нас самих. В теле человека каждую секунду происходит свыше 20 000 распадов калия-40, около 300 распадов углерода-14 и 4 распада радия-226, с таким трудом открытого Марией и Пьером Кюри. Впрочем, в истории науки таких фактов множество: радиоволны пронизывают все пространство вокруг нас, но об этом даже не подозревали до работ Генриха Герца, и лишь после Луи Пастера узнали, что в каждом кубическом сантиметре вдыхаемого нами воздуха содержатся миллионы разнообразных бактерий.

Радиоуглеродный метод датировки

В пространствах Вселенной каждую секунду происходят космические катастрофы: вспыхивают новые и взрываются старые звезды, выбрасывая в межзвездные пространства ядра водорода, гелия и других элементов. В галактических магнитных полях эти ядра разгоняются до громадных энергий — в сотни и тысячи раз больших, чем достигнутые сегодня на ускорителях. Эти космические лучи, как их назвал Роберт Милликен, встретив на своем пути Землю, пронизывают атмосферу и, сталкиваясь с ядрами ее атомов, вызывают разнообразные ядерные реакции: разбивают ядра на осколки, выбивают из них вторичные протоны и нейтроны. Эти вторичные частицы вступают в новые ядерные реакции, одна из которых в 1946 г. привлекла особое внимание американского физика Уилларда Фрэнка Либби (1908—1980).

Он заметил, что выбитые нейтроны, сталкиваясь с ядрами атомов азота, из которого на 79 % состоит атмосфера Земли, могут выбить из них протон и превратить их в ядра углерода:

n + 14Ν→14С + р.

В отличие от обычного изотопа углерода 12С, редкий изотоп 14С радиоактивен: он распадается по схеме

14С →14N + e + ˜ve

с периодом полураспада T1/2=5730 лет. Каждую секунду на площадку в 1 м2 падает примерно 4000 космических протонов, которые после каскада ядерных превращений приводят к образованию примерно 2 ядер 14С в каждом кубическом сантиметре верхних слоев атмосферы. Эти изотопы углерода вскоре соединяются с кислородом и в виде углекислого газа усваиваются растениями, а затем животными и человеком. В результате такого круговорота в органическом веществе всех растений и животных устанавливается равновесная концентрация изотопа 14С, который можно обнаружить с помощью обычного счетчика Гейгера — Мюллера. Оказалось, что в 1 г углерода органического происхождения — будь то древесина, трава, кости животного или бактерии — содержится примерно 70 млрд. атомов углерода 14С, причем каждую минуту 15 из них распадаются.

Однако это заключение справедливо лишь для живой материи: как только растение, животное или человек умирает, прекращается обмен веществ, составляющий суть жизни, а вместе с этим в останках нарушается и равновесная концентрация атомов l4C. С момента гибели живого организма число атомов 14С в нем непрерывно уменьшается по строго определенному закону: через 5730 лет их станет вдвое меньше, еще через 5730 лет — вчетверо меньше и т. д. А это означает, что 1 г углерода только что срубленного дерева через 5730 лет будет излучать вместо 15 импульсов в минуту только 8, а еще 5730 лет спустя — 4 импульса в минуту и т. д.

Теперь ясно, как определить возраст любой археологической находки — будь то угли первобытного костра, мумия из египетской пирамиды или обломки корабля аргонавтов. Для этого достаточно сосчитать число распадов, которые зарегистрирует счетчик Гейгера — Мюллера за 1 мин в 1 г углерода, взятого из исследуемого образца (для удобства его обычно сжигают и исследуют на радиоактивность образовавшийся углекислый газ).

Идея этого метода определения времени довольно древняя: по этому принципу, например, устроены песочные и водяные часы, но поистине удивительно, как в радиоуглеродном методе датировки причудливо переплелись новейшие достижения ядерной физики и седая древность, лучи из мировых глубин и филигранная работа живых клеток, усваивающих углерод в процессе фотосинтеза.

В 1960 г. физик Либби за это открытие удостоен Нобелевской премии по химии, хотя значение его выходит далеко за рамки обеих наук.

ГЛАВА 16

Титан Прометей — внук Урана, сын Фемиды и брат Атланта больше других помог Зевсу в его битве с Кроносом: именно он склонил великую богиню Гею стать на сторону Зевса и посоветовал ему низвергнуть побежденных титанов в мрачный Тартар. После победы Зевс решил уничтожить прежний род людской и вместо него создать новый, лучший. Для начала он лишил людей огня в наказание за хитрость Прометея в их пользу при разделе жертвенного быка. В ответ Прометей похитил огонь из кузницы Гефеста и передал его людям, а также научил их искусствам и знаниям, земледелию и скотоводству, чтению и письму. Разгневанный громовержец приковал Прометея к скале над морем в далекой Скифии, куда каждый день в течение долгих лет прилетал орел клевать его печень. Кроме того, он повелел Гефесту создать из глины и воды Пандору — первую земную женщину нового поколения — и отдать ее в жены Эпиметею, брату Прометея. Афродита украсила Пандору прелестями, Гермес внушил ей хитрость, а Зевс подарил запечатанный сосуд с людскими бедами. Искушаемая любопытством, Пандора вскрыла сосуд, и все земные несчастья разлетелись по свету; на дне сосуда осталась лишь надежда, которая с тех пор заменяет людям счастье.

Эта древняя легенда не поблекла даже теперь, после многих лет неумеренного употребления ее фрагментов в бесчисленных повествованиях об открытии атомной энергии. Чаще всего вспоминают незадачливую Пандору с ее сосудом как прообраз атомной бомбы, часто — Прометея, добывшего атомный огонь ценой страданий и внутреннего разлада между долгом и нравственностью. И совсем редко упоминают конец легенды: Геракл убивает орла и разбивает цепи, Зевс прощает Прометея, а мудрый кентавр Хирон умирает вместо него, даруя Прометею свое бессмертие.

Борьба человека за атомный огонь даже для нас, современников начала атомной эры, уже покрыта легендами.

Драматическая история овладения атомной энергией неотделима от трагических поворотов судьбы всего человечества во времена самой бесчеловечной из его войн. Каждая подробность этой истории важна и значительна, но, чтобы в должной мере оценить их смысл, надо вначале представить себе суть физических процессов, составляющих основу происходивших событий.

ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ

Поздно вечером 21 декабря 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман закончили статью, в которой вынуждены были признать, что при облучении урана медленными нейтронами возникают элементы барий,