Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов

Как же пришли к открытию элемента 93, означавшему прорыв в неизвестную область химии? После опубликования работ Хана и Штрасмана о делении ядра американский физик Эдвин Мак-Миллан захотел определить пути пробега богатых энергией осколков урана. В Беркли для этого он располагал в основном тремя вещами: циклотроном, некоторым количеством соли урана и... пачкой папиросной бумаги. Циклотрон работал как источник нейтронов: разогнанные дейтроны падали на бериллий и высвобождали поток нейтронов, во много раз превышающий тот, что могли получить Хан и Штрасман. Мак-Миллан смочил первый листочек папиросной бумаги раствором соли урана и направил на него поток нейтронов. Листочки, лежащие под ним, должны были уловить разлетающиеся на различные расстояния продукты деления.

К своему удивлению, американский физик нашел два источника активности, резко отстоящих от других продуктов деления, с периодами полураспада 23 мин и 2,3 дня. Уже известно было вещество с периодом полураспада 23 мин. Это был найденный Ханом [239]U. Другие атомы, распадавшиеся с периодом полураспада 2,3 дня, могли, как заключил Мак-Миллан, принадлежать продукту, образующемуся из бета-излучателя, то есть из [239]U, а именно новому элементу 93.

Будучи физиком, Мак-Миллан чувствовал себя недостаточно компетентным, чтобы установить химические свойства изотопа, которые позволили бы дать однозначную идентификацию этого элемента. В это время ему попался на глаза Эмилио Сегрэ. Тот предложил провести необходимые химические исследования. В июне 1939 года Сегрэ доложил о результатах. Многозначительным является уже сам заголовок его сообщения: "Неудачный поиск трансурановых элементов". Сегрэ пришел к совершенно отрицательному выводу: активность в 2,3 дня принадлежит не трансурану, а редкоземельному элементу, то есть одному из обычных продуктов деления урана. Лишь последующие исследования должны были показать, что даже такой опытный исследователь, как Сегрэ, может однажды ошибиться.

Неудача не отняла решимости у Мак-Миллана. К счастью, в начале 1940 года в Калифорнийский университет приехал на несколько дней его соученик, Филип Абельсон, с тем, чтобы провести там каникулы. Однако из отпуска ничего не получилось. Работая неустанно день и ночь, Мак-Миллан и Абельсон утвердились во мнении, что открыт первый элемент за пределами классической периодической системы: элемент 93! Сложный путь открытия привел Мак-Миллана и Абельсона к мысли назвать этот элемент, находящийся по другую сторону урана, нептунием. Когда в 1781 году была открыта планета Уран, считали, что нашли самую последнюю и наиболее удаленную от Земли планету. Однако планетная система постепенно выдавала свои дальнейшие тайны. Расчеты француза Леверье на основе отклонений в орбите Урана показали, что по другую сторону Урана должна вращаться еще одна планета. Леверье точно указал, где ее нужно искать. В 1846 году астрономом Галле была открыта на небосводе новая планета -- Нептун.

Два атомарных пушечных ядра

Исследователи, в том числе и Отто Хан, занимались идентификацией осколков урана; однако физиков, прежде всего, интересовала другая проблема: какой энергией вызывалось поразительное деление ядра урана и каков был энергетический баланс?

Благодаря переписке с профессором Ханом, Лиза Мейтнер была первой из посторонних информирована о делении урана. Об этом еще не знали даже физики из института Отто Хана, а Лиза Мейтнер уже размышляла о необычном ядерном эффекте. Эту проблему она обсуждала со своим племянником, Отто Робертом Фришем. Фриш, эмигрант, как и Лиза Мейтнер, начал работать в институте Нильса Бора в Копенгагене. Исследователи первыми дали физическое толкование эффекта, открытого Ханом и Штрасманом, и указали, что такое "разваливание" на два близких по величине осколка энергетически возможно:

U + n Ва + Kr

Из дефекта массы, возникающего при делении такого рода, Мейтнер и Фриш по уравнению Эйнштейна Е тс[2] рассчитали энергетический эффект. Они получили неправдоподобно большую величину: 200 МэВ на 1 моль атома! Такую энергию еще не наблюдали ни в процессах ядерных превращений, ни тем более в химических реакциях: например, 1 моль атома углерода при сгорании дает лишь 2 эВ энергии, а 1 моль атома урана при своем делении -- в сто миллионов раз больше!

Нильс Бор, которому Фриш сообщил о новом физическом ядерном процессе, в первый момент потерял дар речи. Затем великий теоретик ударил себя по лбу: "Как мы только могли это просмотреть!"

26 января 1939 года в Вашингтоне состоялась конференция по теоретической физике, на которую был приглашен и Бор. Он доложил собранию о делении атома урана. Не успел он договорить до конца, как несколько американских физиков вскочили, как ужаленные, со своих мест. В смокингах ворвались они в свои лаборатории, чтобы собственноручно проверить открытие, которое они прозевали.