Шрифт:
Закладка:
В январском выпуске журнала Reviews of Modern Physics была опубликована блестящая обзорная статья Тернера по делению ядра[1560]; в ней цитировались почти сто статей, вышедших за двенадцать месяцев, которые прошли с момента сообщения об открытии Гана и Штрассмана. Само число этих статей говорило о важности этого открытия для физики и о поспешности, с которой физики взялись за исследование этой области. Тернер также отметил недавний отчет Нира и Колумбийского университета, подтверждавший, что деление медленными нейтронами происходит в 235U. Не заметить этот отчет было трудно: New York Times и другие газеты широко разрекламировали эту историю. Тернер писал Сциларду, то ли саркастически, то ли искренне, что ему было «несколько трудно понять руководящие принципы [секретности исследований деления] с учетом широкой огласки, которую получило недавно разделение изотопов»[1561]. То, что он прочитал при подготовке своего обзора, и новые измерения Колумбийского университета навели его на дальнейшие размышления; их результатом было письмо в Physical Review.
Поскольку деление медленными нейтронами происходит в 235U, говорилось в письме, а обычный уран состоит из этого изотопа всего на 1/140 часть, «естественно заключить, что в случае использования медленных нейтронов потенциальным источником атомной энергии можно считать лишь 1/140 часть любого количества урана»[1562]. Но на самом деле все может сложиться иначе, продолжал Тернер. Возможно, энергия деления большей части 238U, хотя ее и нельзя высвободить непосредственно, может быть высвобождена непрямым путем.
Тернер имел в виду возможность преобразования части урана, бомбардируемого нейтронами, в трансурановые элементы, те самые трансураны, на исчезновение которых в результате открытия деления надеялся Бор. При захвате нейтрона атом 238U превращается в изотоп 239U. Само это вещество может быть подвержено делению, предполагал Тернер. Но даже независимо от того, делится 239U или нет, его ядро энергетически неустойчиво и с высокой вероятностью превращается путем бета-распада в новые элементы, более тяжелые, чем уран. А один или несколько из этих элементов могут быть подвержены делению медленными нейтронами – что позволило бы использовать 238U, хотя и не напрямую.
Следующим после урана элементом периодической системы должен быть элемент 93. Однако Тернер считал наиболее вероятным кандидатом на деление не, а следующий за ним элемент, в который элемент 93, вероятно, должен распадаться: он назвал этот элемент «эка-осмием»[1563][1564]. А, предполагал Тернер, число нейтронов в котором изменилось с четного на нечетное при поглощении нейтрона перед распадом (239 нуклонов – 94 протона = 145 нейтронов + 1 = 146), так же как при превращении 235U в 236U, должен быть даже еще более склонен к делению, чем более легкий изотоп урана: «В … избыточная энергия должна быть даже больше, чем в, и следует ожидать большего сечения деления»[1565].
Пока Тернер обдумывал эти теории, два человека в Беркли, Эдвин М. Макмиллан и Филипп М. Абельсон, независимо от него приближались к демонстрации их справедливости. Экспериментатор Макмиллан, худой, веснушчатый человек родом из Калифорнии, был одним из тех, кто в 1930-х годах внес самый большой вклад в доведение циклотронов Эрнеста Лоуренса до такого состояния, в котором они стабильно работали и давали достоверные результаты. Вскоре после того, как в конце января 1939 года до Беркли дошла новость об открытии деления, он разработал простой и изящный эксперимент для изучения этого явления. «Когда ядро урана поглощает нейтрон и происходит деление, – впоследствии говорил Макмиллан в одном из своих выступлений, – два получившихся фрагмента разлетаются в разные стороны с огромной силой, достаточной, чтобы они смогли пролететь в воздухе или другой среде на некоторое расстояние. Величина этого расстояния, называемая “пробегом”, представляет значительный интерес, и я взялся ее измерить». Сначала он взял для этого тонкие листы алюминиевой фольги, «как книжные страницы»[1566], сложенные стопкой поверх слоя оксида урана, под который была подложена фильтровальная бумага. Он бомбардировал уран медленными нейтронами. Некоторые из фрагментов от деления вылетали вверх в стопку фольги; каждый из таких фрагментов, достигнув конца своего пробега, длина которого зависела от его массы, оставался в одном из листов фольги; затем Макмиллан мог просто последовательно проверить листы в ионизационной камере, найти характеристический период полураспада различных продуктов деления и определить длину их пробега (ядро урана может делиться многими способами с образованием ядер множества разных более легких элементов).
Однако нейтронная бомбардировка вызывает радиоактивность и в самом алюминии, что затрудняло измерения периодов полураспада. Поэтому Макмиллан заменил фольгу на стопку папиросной бумаги, предварительно обработанной кислотой, чтобы удалить любые следы минералов, которые могут стать радиоактивными под воздействием нейтронов. «Ничего особо интересного в отношении фрагментов от деления из этого не выяснилось»[1567], – отмечает он. Зато в урановом покрытии фильтровальной бумаги, лежавшей под стопкой папиросной бумаги, «обнаружилось нечто весьма интересное». Он нашел там два радиоактивных элемента с периодами полураспада, отличными от периодов вылетавших продуктов деления. А так как то, что оставалось в урановом слое, никуда не вылетало, эти два элемента, видимо, не были продуктами деления. Вероятно, они получились из урана в результате захвата нейтронов. Макмиллан подозревал, что один из этих двух элементов, период полураспада которого составлял 23 минуты, был тем же элементом, который Ган, Мейтнер и Штрассман в 1939 году определили как 239U, «изотоп урана, порожденный резонансным захватом нейтрона»[1568]. Другой радиоактивный элемент, остающийся в урановом слое, имел более долгий период полураспада, около 2 суток. В отчете о своих экспериментах с фольгой и папиросной бумагой Макмиллан предпочел не высказывать предположений о природе этого второго элемента, но про себя, как он вспоминает, он думал, что «элемент с двухсуточным периодом может… быть продуктом бета-распада урана-239 и, следовательно, изотопом [трансуранового] элемента 93; собственно говоря, это объяснение было самым разумным»[1569].
Чтобы проверить это толкование, Макмиллану нужно было узнать что-нибудь о химических свойствах этого вещества. Он ожидал, что элемент 93 будет химически подобен рению,
