Летопись электричества

Глава 52. ШКОЛА БОМБАРДИРОВ

«АТОМНОЕ ЯДРО» — впервые эти два слова, открывшие новую эпоху в истории науки, произнес знаменитый английский ученый Эрнест Резерфорд.

Жизнь Резерфорда прошла в трех частях света. Он родился в маленькой деревушке одного из Ново-Зеландских островов. Родители Эрнеста, бедняки-крестьяне, надрывались из последних сил, чтобы выжать из клочка своей земли небольшой урожай льна. Этим скромным даром природы нужно было накормить много ртов. После Эрнеста (четвертого по счету) родились еще восемь братьев и сестер. Семья быстро росла, но доходов не прибавлялось.

Восемнадцатилетним юношей Эрнест окончил среднюю школу и был принят на стипендию в университет городка Крейсчерч.

Именно в те годы студента Эрнеста Резерфорда начала занимать извечная загадка мира — строение материи.

Однажды — это было в 1891 году — Резерфорд предложил своим товарищам, членам студенческого научного кружка, поставить на обсуждение его доклад «Эволюция материи».

Предложение было принято. Наступил день доклада. Собрались все члены кружка и большое число гостей. Едва Резерфорд окончил свой доклад, как в зале поднялся страшный шум. Никто из преподавателей, участников заседания, не хотел согласиться с выводами докладчика.

Во избежание неприятностей он вынужден был извиниться перед почтенным собранием за свои «неправдоподобные» утверждения. Но в глубине сознания Резерфорда продолжала зреть способная революционизировать науку мысль о делимости атомов и об однообразии частиц, из которых они состоят.

Через три года (в 1894 году) Резерфорд блестяще закончил университет. Его наградили стипендией[63], которая давала ему возможность некоторое время скромно существовать. Судьба благоприятствовала молодому ученому. Он попал в Англию, в Кембридж, и посвятил себя научной работе в знаменитой лаборатории имени Генри Кавендиша. Здесь, под руководством известного физика Джона Томсона, Резерфорд сделал свои первые научные работы.

В те годы в науке произошло событие, сразу определившее призвание Резерфорда.

Шел 1896 год. Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. Резерфорд почувствовал, что именно здесь он найдет подтверждение положений своего студенческого «неудачно» прочитанного доклада об эволюции материи.

«Нужно уединиться, быть вдали от всяких научных авторитетов, чтобы без предвзятой мысли исследовать явления радиоактивности», так решил Резерфорд.

С этой целью он охотно принял предложение Монреальского университета, в Канаде занять там кафедру физики.

Так Резерфорд оказался уже в третьей части света — в Америке.

Через шесть лет, в 1903 году, Резерфорд вместе со своим учеником и другом, химиком Фредериком Содди, опубликовал результаты изучения элементов, получаемых при радиоактивном распаде. Это были удивившие весь мир основы теории, блестяще подтверждающие мысль о делимости атомов. Резерфорд и Содди видели в атомах скопления электрических частиц, связанных гигантскими электрическими силами.

Эрнест Резерфорд был признан гением новейшей физики. Его единодушно избрали членом английского Королевского общества.

Через несколько лет Резерфорд покинул Монреаль, вернулся в Англию и занял кафедру физики в Манчестерском университете. Вскоре здесь была сделана работа, которая навсегда обессмертила его имя: в манчестерской университетской лаборатории в 1909 году Резерфорд открыл существование ядра атома.[64] Еще в Монреале в 1903 году Резерфорд обнаружил, что лучи, открытые Беккерелем, состоят из трех частей. Первая, названная пучком альфа-лучей, особенно заинтересовала Резерфорда. (Пучок альфа-лучей представляет собой поток положительно заряженных частиц).

В результате многолетнего изучения альфа-частиц Резерфорду удалось особым образом сосчитать, сколько альфа-частиц испускает грамм радия в одну секунду. Затем он определил заряд каждой отдельной альфа-частицы. Заряд альфа-частицы оказался равным по величине двойному заряду электрона. Далее Резерфорд вычислил вес каждой альфа-частицы. Он оказался в четыре раза больше веса атома водорода.

Летящие альфа-частицы по сравнению с частицами, составляющими вторую часть излучения радия и названными бэта-частицами, оказываются тяжелыми снарядами более «крупного калибра».

В продолжение следующих трех лет Резерфорд внимательно исследовал различные другие свойства альфа-частиц. В 1906 году Резерфорд установил, что если пучок альфа-лучей проходит через щель и затем падает на фотографическую пластинку, то края той площади пластинки, где пучок падает на нее, оказываются размытыми.

«По-видимому, — решил Резерфорд, — альфа-частицы сталкиваются с атомами воздуха и поэтому отклоняются от строго прямого направления полета. Поэтому, быть может, происходит рассеяние альфа-частиц».

Своим сотрудникам Гайгеру и Марсдену Резерфорд поручил исследовать процесс рассеяния альфа-лучей при прохождении пучка через твердые тела, например через листочки различных металлов.

Гайгер и Марсден сотни раз наблюдали, как узкий пучок альфа-лучей проникал через тонкий листок того или другого металла и падал на экран, покрытый сернистым цинком. Когда металлический листок отсутствовал, на экране, покрытом веществом, способным светиться под действием ударов альфа-частиц, появлялось маленькое резко очерченное световое пятнышко; когда же на пути полета альфа-частиц находился металлический листок, светящееся пятнышко расползалось, и края его становились размытыми. Во всех этих опытах снова подтверждалось, что существует явление рассеяния пучка альфа-частиц из-за столкновения их с атомами воздуха или металла.

Однажды Гайгер и Марсден снова повторяли этот опыт. Случайно они поставили световой экран не позади, а спереди металлического листка и притом сбоку, так что альфа-частицы, летящие от источника, не могли падать на экран.

Удивленные помощники Резерфорда заметили, что на экране, несмотря на такое положение его, изредка все же появлялись световые вспышки.

По совету Резерфорда, Марсден и Гайгер опубликовали заметку о своем наблюдении.

Но Резерфорд первый из всех физиков объяснил явление, замеченное ею помощниками. Объяснение выходило далеко за рамки рядового открытия.

— Альфа-частица, — объяснял Резерфорд, — несет положительный электрический заряд. Для того чтобы заставить ее отскочить назад, необходимо воздействовать на нее необычайно сильным электрическим или магнитным полем. Эти поля, по-видимому, существуют в атомах. Они сосредоточены в каком-то очень маленьком объеме самого атома, и поэтому, наверное, не каждая альфа-частица попадает туда. Похоже, что сам атом выглядит не так, как мы его до сих, пор представляли. По-моему, атом состоит из маленькой сердцевины и окружающих ее частиц. В сердцевину атома, где сосредоточены чудовищной силы электрические поля, альфа-частица проникнуть не может. Но зато в остальную часть атома она проникает очень часто. Атом, следовательно, имеет сердцевину, или ядро! Это ядро отталкивает положительную альфу-частицу. Следовательно, оно должно быть заряжено положительно.

Резерфорд со своими талантливыми учениками и последователями бомбардировали и штурмовали электрическими «снарядами» ядра атомов различных веществ. Эти опыты велись во всех странах света и сулили много нового и неожиданного. И действительно, с течением времени удалось сделать важные открытия, еще более разъяснившие строение материи.

Почти все главнейшие открытия новых составных частей материи были сделаны учениками Резерфорда здесь же, в кембриджской лаборатории.

В 1932 году один из талантливых учеников Резерфорда, Джон Чэдвик, открыл нейтроны — нейтральные части материи, входящие в состав ядра атомов. Существование этих частиц подозревалось Резерфордом в продолжение двенадцати лет. Почти одновременно нейтроны были открыты супругами Кюри-Жолио.

В 1933 году ученики Резерфорда Блэккет и Оккиалини открыли позитрон — положительный электрон.[65] Эта частица материи имеет такую же массу, как и электрон, и обладает таким же по величине электрическим зарядом, но только положительным.

В 1934 году ученики Резерфорда углубили исследование явлений атомного распада элементов. Это послужило толчком к открытию искусственной радиоактивности элементов.

31 января 1934 года на заседании Парижской Академии наук было заслушано сообщение Кюри и Жолио[66] о создании ими новых радиоактивных элементов: радиоазота, радиокремния и радиофосфора.

Оказывается, искусственная радиоактивность возникает в некоторых веществах при бомбардировке их альфа-частицами, протонами и нейтронами. При этом получается неустойчивое ядро, которое быстро распадается.

В 1939 году физик Хан открыл, что при бомбардировке нейтронами ядер металла урана происходит выделение новых нейтронов, которые, в свою очередь, бомбардируют атомные ядра урана, расщепляют их и снова рождают нейтроны. Процесс идет, как лавина, — сам собой. И при этом освобождается очень большое количество энергии. Таков чудесный источник энергии «уран 235», за которым охотятся физики всего мира.

И вот, — это случилось 6 августа 1945 года, — весь мир молниеносно облетела необычайная весть о применении атомной энергии для уничтожения фашистского чудовища в восточной Азии.

В этот день, на Хиросима — один из городов фашистской Японии — была сброшена первая атомная бомба, действие которой основано, по-видимому, на внезапном высвобождении гигантской внутриатомной энергии чудо-элемента «Урана 235», равносильном одновременному взрыву 20 миллионов килограммов динамита[67].

Но известие о триумфе разрушения, достигнутого атомными бомбами, не вызвало радостного ликования. Сами создатели чудесной бомбы — многие ученики и соратники Эрнеста Резерфорда, предвидевшего важное значение использования внутриатомной энергии, — озабочены другим.

Ведь целью науки является не уничтожение, а созидание, покорение грозных стихий природы на благо человечества, а не для его гибели.

В 1945 году весь мир понял, что методы освобождения внутриатомной энергии несут человечеству еще невиданную в истории техническую революцию — начало новой энергетической эры. И в новых успехах этой самой молодой и важной науки есть немалая часть достижений советских ученых.

На ежегодных всесоюзных научных конференциях подводятся итоги изумительных по результатам работ советских ученых — бомбардировщиков атомных ядер. Эти работы пользуются заслуженной славой во всем мире.

19 октября 1937 года на столе Резерфорда уже не было приборов и дневников новых исследований. Здесь лишь нагромождены были кипы тревожных телеграмм со всех концов земного шара.

Четыре дня безуспешно боролся со смертью могучий организм знаменитого физика.[68] Еще совсем недавно кембриджцы так часто встречали его на улице, вглядывались в его на редкость приветливое лицо, веселые и выразительные голубые глаза, слышали его громкий голос и веселый заражающий смех. Этого довольно плотного человека выше среднего роста хорошо знал весь Кембридж.

Казалось невероятным, чтобы такого человека могла одолеть болезнь. Тревогу Кембриджа разделяли Лондон, Оксфорд, вся страна и физики всего мира. Русские академики Капица и Папалекси беспокоились за жизнь Резерфорда в далекой Москве и Ленинграде. Их тревогу разделяли тысячи ученых великой Страны Советов, где наука не знает ни преград, ни пределов своего творческого расцвета.

О состоянии здоровья своего друга запрашивал из Парижа физик Ланжевен, молодые друзья Резерфорда супруги Ирэн Кюри и Фредерик Жолио. Из Дании шли телеграммы от Нильса Бора, из Америки — от Альберта Эйнштейна и Роберта Милликена, от академий и научных обществ Англии и многих других стран.

Болезнь и смерть Резерфорда особенно тяжело переживали его многочисленные кембриджские ученики.

Вырастали все более сложные научные проблемы, но талантливым ученикам Резерфорда недоставало их гениального учителя.

Трудно было мириться с тем, что сердце человека, открывшего ядро атома, — перестало биться.

День смерти Резерфорда был объявлен в Англии днем национального траура. Но скорбь об утрате Резерфорда была скорбью всех наций мира.

Урна с прахом Резерфорда была замурована в Вестминстерском аббатстве рядом с могилами Ньютона и Фарадея. Но истинным памятником Резерфорду стали новые открытия в области атомного ядра. Большую лепту внесли и советские физики.

До Отечественной войны в Украинском физико-техническом институте действовал мощный генератор для бомбардировки и расщепления атомных ядер. Генератор излучал необычайно быстрые электроны, с энергией в десятки миллионов электрон-вольт. Создавалась новая мощная «пушка» для обстрела атомных ядер, один из крупнейших в мире, советский циклотрон.

Особым постановлением Советского правительства от 28 декабря 1934 г. в Москве был основан Институт физических проблем Академии наук СССР. Во главе этого института был поставлен лучший ученик и большой друг Эрнеста Резерфорда, выдающийся русский физик, академик, герой социалистического труда Петр Леонидович Капица.

Близкое участие в оборудовании института новейшими машинами и аппаратами принял сам Резерфорд. Благодаря его хлопотам из Англии было привезено оборудование для исследования сильных магнитных полей.

Академик Капица продолжил в новом советском институте работы, начатые еще в Англии, по исследованию сильных магнитных полей, ожижению гелия и др.

За выдающиеся научные достижения академик Капица награжден Правительством СССР орденом Ленина[69], английской Академией наук — медалью Фарадея и американской академией — большой медалью Франклина.

Советские физики упорно овладевают тайнами электрического строения материи.