Как были открыты химические элементы

Теперь уже несколько β-активных веществ выделяли ученые из урановой мишени. Два из них отличались химическим своеобразием; они легче осаждались с оксидом марганца (IV) в отличие от предшествующих урану элементов. Так был сделан вывод, что элемент № 93 есть экарений, аналог марганца. Ему дали название «аузоний» (Ао). Будучи β-активным, он мог превращаться в следующий элемент с Z=94, гесперий (Hs). Вот как записал Э. Ферми эту цепочку ядерных процессов:

Цепочку эту потянули дальше немецкие ученые О. Ган, Л. Мейтнер и Ф. Штрассманн, которые имели большой опыт радиохимических исследований, в особенности О. Ган, в свое время прославившийся открытием нескольких радиоэлементов. Благодаря скрупулезным исследованиям число новых трансурановых элементов возросло на три (по элемент с порядковым номером 97 включительно):

Наличие приставки эка указывает на то, что ученые считали образующиеся трансурановые элементы аналогами соответственно иридия, платины и золота из шестого периода системы. Но здесь-то и коренилась глубокая ошибка, которая обнаружилась не сразу. Свойства ближайших трансурановых на самом деле оказались другими.

История науки полна удивительных догадок, на первых порах будто бы ни на чем не основанных. И. Ноддак еще в 1934 г. высказала одну из них: при обстреле урана нейтронами вовсе не образуются новые элементы, ядра урана как бы раскалываются на осколки — ядра элементов более легких и уже известных. Коллеги подняли И. Ноддак на смех, и особенно иронизировал по поводу ее гипотезы О. Ган. Однако ирония Гана обернулась иронией судьбы.

В это же время и другие ученые хотели выяснить, что же происходит с ураном под действием нейтронов. И. Жолио-Кюри и ее сотрудник сербский физик П. Савич с особой тщательностью изучали обстрелянную урановую мишень. И среди возбужденных активностей обнаружили следы химического элемента, по свойствам очень похожего на актиний, т. е. элемента, предшествующего урану, а отнюдь не следующего за ним в периодической системе Д. И. Менделеева. Вскоре оказалось, что у него больше общего с лантаном, нежели с актинием. Следовательно, один из продуктов обстрела урана медленными нейтронами похож на лантан.

Если бы И. Кюри и П. Савич не остановились на осторожном выражении «похож на лантан», а твердо доказали, что неизвестный элемент есть лантан, они стали бы авторами (или по крайней мере, соавторами) одного из самых выдающихся научных открытий XX в. (Здесь не мешает вспомнить, что порядковый номер лантана равен 57, а урана 92, и заодно вспомнить о предположении И. Ноддак.) Это казалось более чем невероятным. Но факты оставались фактами. Работы И. Кюри и П. Савича выглядели настолько убедительными, что О. Ган взялся их проверить, тот самый О. Ган, который был яростным противником результатов, полученных И. Кюри. Решение его означало, что он начал сомневаться в правильности занимаемых им позиций.

Вместе со своим сотрудником Ф. Штрассманном он воспроизвел опыты французских коллег, в которых они еще недавно видели своих научных противников. Почти все оказалось таким, как считала Ирэн Жолио-Кюри. В урановой мишени содержались изотопы и лантана, и предшествующего ему элемента — бария. Как химик, О. Ган не мог в этом сомневаться. Как физик, он не знал, как этот факт объяснить.

Дело состояло в том, что при действии нейтронов ядра урана как бы раскалываются на два осколка, и эти осколки представляют собой изотопы элементов середины периодической системы. Ядерная физика не знала ничего подобного. Но иного объяснения найти было нельзя. О. Ган и Ф. Штрассманн сделали вывод, что ядра урана обладают способностью разваливаться под действием нейтронов.

Это произошло 23 декабря 1938 г. Ученые немедленно написали о своем открытии. Потом О. Ган признавался: «После того как статья была отправлена по почте, все это снова показалось столь невероятным, что захотелось вернуть статью обратно из почтового ящика»[18].

Невероятное оказалось вероятным. Несколькими днями позже письмо об этом событии получила от О. Гана его многолетняя сотрудница Л. Мейтнер. Вместе со своим племянником, физиком О. Фришем она попробовала теоретически истолковать это явление.

Ядра до известной степени можно уподобить капле жидкости — ученые уже давно пытались проводить аналогию между свойствами ядра и свойствами жидкой капли. Если капле сообщить достаточную энергию, привести ее в движение, то она может разделиться на более мелкие капли. Если ядро придет в возбужденное состояние (его приводит в это состояние нейтрон), то оно также может разделиться на более мелкие части. Постепенно происходит деформация уранового ядра, оно удлиняется, образуются сужения, и, наконец, происходит деление на две половины. Так представляли процесс деления уранового ядра Л. Мейтнер и О. Фриш. В своей статье они писали, что поразительное сходство этой картины с процессом деления, которым размножаются бактерии, послужило поводом назвать это явление ядерным делением.