Под знаком кванта

где v — скорость нейтрона, а С — некоторая постоянная величина. Теперь мы, наконец, можем понять эффект, который наблюдал Ферми в тот солнечный день октября 1934 г., поместив источник нейтронов в бассейн с золотыми рыбками: сталкиваясь с ядрами водорода, нейтроны из радон-бериллиевого источника замедлялись и поэтому с большой вероятностью поглощались ядрами элементов.

Просто, не правда ли? Особенно если вспомнить, что речь идет о процессах внутри ядер атомов, то есть микрообъектов с размерами 10“¹² см, структуру и свойства которых мы, по существу, сами воссоздали силой своего воображения. Конечно, созданная нами картина не произвольна — она опирается на данные опытов, но от этого удивление силой человеческого воображения не становится меньше.

ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР

В 1936 г., за два года до открытия деления урана, Нильс Бор развивал «капельную модель ядра». Эта умозрительная попытка проникнуть в существо внутриядерных процессов требовала от автора известной научной смелости. В самом деле, к тому времени все уже успели убедиться, что ядро — это хоть и непонятное, но очень прочное нечто, а Бор предлагал его мыслить в виде жидкой капли, состоящей из

протонов и нейтронов. Основой его концепции было представление о составном ядре, которое возникает при захвате нейтрона, протона, а-частицы обычным ядром. При этом, утверждал Бор, новые частицы теряют свою индивидуальность, «растворяются» в ядре, а энергия, которую они с собой принесли, распределяется между всеми нуклонами ядра. Ядро возбуждается и, чтобы освободиться от избыточной энергии, может поступить по-разному: испустить у-квант, выбросить электрон и антинейтрино или же а-частицу. Развивая эти представления, Бор смог связать воедино разрозненные факты из физики ядерных реакций и даже вывести формулу для энергии связи ядер, которая довольно хорошо совпала с опытом.

Узнав об открытии деления урана, Бор £разу же понял, что оно наиболее естественно объясняется в рамках капельной модели ядра. В самом деле, возбужденное ядро деформируется, иногда настолько сильно, что ему проще разделиться на две части, чтобы избавиться от энергии возбуждения, чем испустить несколько частиц. Совместно со своим учеником Джоном Арчибальдом Уилером (р. 1911 г.) Нильс Бор развил теорию деления ядер. (Ту же задачу независимо решил советский физик Яков Ильич Френкель (1894—1952).)

Сейчас о процессе деления урана известно очень много. Точно измерено сечение деления ²giU тепловыми нейтронами — оно оказалось довольно большим, 582 барн. Известно, что ядро урана делится не одним, а примерно 50 различными способами, причем вероятности их сильно различаются, но не превышают 8 % каждый. Например, барий, который впервые обнаружили Ган и Штрассман в осколках деления урана, образуется при следующих способах деления (их вероятности около 6 %):

Р _г

1,7 с

Р _г

25 с

Р _г

18 мин

Р _?

3,7 ч

..Л.

33 дня⁵⁹

140Р „ 140 ~

И^е wT-^Cs

Р -^ИОР -~ Р - ¹⁴°Т Р . 140хч.

66 с ” 12,8дая^5,ь 40,2 ч

²³⁵П

92 ^U

236,,* о «

₉₂ и —► 2 или 3 нейтрона

93 Q Р 93 _v

³⁸ 7,Эмин³⁹ 10,3 ч

“Nb.

В одном из каналов деления образуется также ¹5?Ьа с периодом полураспада 3,7 ч, который впервые наблюдали Ирэн Кюри и Павле Савич. Любопытно, что ядро урана почти никогда не делится на две равные части: вероятность такого способа деления меньше 0,01 %. (Как правило, массы осколков распределены в отношении 3:2.) В осколках деления содержится свыше сотни различных радиоактивных изотопов, с разными химическими свойствами и периодами полураспада. Эти изотопы выделяют, сортируют и затем используют как «меченые атомы» в разнообразных исследованиях.

При делении ядра урана кроме осколков вылетают еще 2 или 3 нейтрона — в зависимости от способа деления. Если усреднить их число по всем способам деления, то на каждое деление приходится v/ = 2,42 нейтрона с энергией около 1,3 МэВ. И если бы это число Vf оказалось всего на 10 % меньше, то ядерный реактор на естественном уране был бы невозможен.

ВОКРУГ КВАНТА Меченые атомы

Уже в своей итоговой работе 1903 г. Резерфорд и Содди в явлении радиоактивности увидели не только объект, но и средство исследования: «...радиоактивность может быть использована для наблюдения за химическими превращениями, происходящими в веществе»,— писали они и сравнивали такой метод исследования со спектральным анализом.

Восемь лет спустя Резерфорд встретил в пивном баре Манчестера Дьёрдя Хевеши (1885—1966), молодого химика из Венгрии, проходившего у него стажировку, и предложил ему отделить радий D от свинца. Теперь-то ясно, что задача эта неразрешима химическими методами, поскольку радий D — это попросту радиоактивный изотоп свинца ²¹⁰ РЬ. Но в то время лишь после безуспешных попыток решить ее Хевеши совместно с австрийским радиохимиком Фришем Адольфом Панетом (1887—1958) догадались обратить задачу, а именно: принимая факт неразделим ости свинца и радия D, использовать последний для изучения химических реакций свинца.