Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра

В конце 1938 года Лиза Мейтнер получила письмо от своего коллеги, немецкого химика Отто Гана (1879-1968). Мейтнер было уже 60 лет, она жила в Стокгольме и работала в Нобелевском институте физики, научном учреждении, директором которого был физик Карл Манне Георг Сигбан. После бегства Мейтнер из нацистской Германии институт дал ей работу, но друзей он ей предоставить не мог, и исследовательница в Швеции страдала от одиночества и отсутствия хорошей лаборатории. До этого она работала в одном из главных научных учреждений Германии, где у Мейтнер сложилась блестящая карьера, а теперь, на чужбине, она была вынуждена прервать экспериментаторскую деятельность. Письмо Гана, с которым Лиза сотрудничала в течение долгих десятилетий, удивляло: коллега сообщал о результатах эксперимента, на который его вдохновила именно Мейтнер.

В ходе исследований атомного ядра вместе с немецким химиком Фрицем Штрассманом (1902-1980) Ган проводил бомбардировку урана нейтронами по методике итальянского физика Энрико Ферми (1901-1954). При этом ядро забирало один нейтрон, и начинался радиоактивный процесс, приводивший к бета-распаду. Однако среди продуктов реакции неожиданно был обнаружен барий. Для Гана присутствие бария было загадкой, и он решил поделиться этим со своей недавней коллегой.

Барий — гораздо более легкий элемент по сравнению с ураном. Для экспериментов использовались образцы чистого урана, откуда же появлялся барий? Его просто не должно было быть — все химические и физические знания эпохи никак не объясняли возможность появления бария, принципиально отличавшегося от урана.

Фройляйн Мейтнер — профессор Мейтнер — вынуждена была покинуть нашу лабораторию в июле 1938 года из-за режима Гитлера, ей пришлось уехать в Швецию. Штрассман и я начали работать в одиночку, и осенью 1938 года мы обнаружили странные результаты.

Отто Ган

Для выделения и идентификации элементов Ган использовал очень точный химический процесс — фракционную кристаллизацию, так что возможность ошибки была невелика. В письме Гана мы читаем:

«Возможно, ты натолкнешься на какое-нибудь фантастическое объяснение. Известно, что [уран] не может взорваться просто так и превратиться в барий».

В ядре бария 56 протонов, то есть примерно половина протонов урана, которых 92. Самым простым объяснением казалось, что после того как нейтрон поглощается ядром урана, он вызывает реакцию, после которой первоначальное ядро делится пополам. Однако знания о радиоактивности не позволяли установить точный механизм этого процесса.

В конце 1930-х годов существовало убеждение, что ядро — это плотная стабильная структура в центре атома, и казалось невозможным, что оно может распасться надвое из-за поглощения частицы, не имеющей электрического заряда, такой как нейтрон. Раньше некоторым физикам удавалось в результате бомбардировки ядра вырвать несколько протонов, но они не могли и представить, каким образом может разделиться тяжелое ядро урана. Научное сообщество во главе с Энрико Ферми пришло к выводу, что при поглощении нейтрона в ядре урана начинается серия реакций, в результате которых образовываются атомы с большим атомным числом, чем сам уран.

ГАН ПИШЕТ МЕЙТНЕР

Письмо, отправленное Ганом Мейтнер, датировано 19 декабря 1938 года.

Оно было написано прямо из лаборатории — словно ученому не терпелось обратиться к коллеге, не откладывая это до возвращения домой. В письме мы читаем:

«Дорогая Лиза!

Сейчас уже 11 вечера. В 11:45 придет Штрассман, и возможно, тогда я, наконец, смогу пойти отдохнуть.