Первые предположения
Оставалось предположить, что в ядре атома имеются еще какие-то неизвестные частицы, которые и утяжеляют ядро. Впервые такое предположение сделал все тот же Резерфорд еще в 1920 г. Доклад об этом ученый сделал на одном из заседаний Королевского общества. Он сообщил, что в ядре атома должны существовать нейтральные частицы с массой, равной массе протона.
Правда, Резерфорд сделал сообщение на основе работ своего талантливого ученика Генри Мозли, исследованиями которого он руководил. В то время Мозли уже не было в живых. Во время первой мировой войны он был призван в армию и погиб в одном из сражений.
Странное поведение бериллия
Двое немецких физиков, Боте и Беккер, однажды облучали альфа-частицами ряд элементов. Когда они взяли для этой цели бериллий, то обнаружили, что из бериллия исходят какие-то лучи, обладающие огромной проникающей способностью. Проницаемость лучей Рентгена, альфа- и гамма-лучей по сравнению с ними была просто ничтожной. Если известные до сих пор ученым лучи целиком задерживались относительно небольшим слоем свинца, то лучи, исходящие из бериллия, свободно проходили через самые толстые стены лаборатории. Так появилась новая загадка — бериллиевое излучение.
Ученые предположили, что бериллиевые лучи, или, как их еще назвали, излучение Боте—Беккера, есть новый вид электромагнитных волн.
Великое открытие
В 1931 г. излучением Боте—Беккера заинтересовались двое молодых французских ученых. Оба они незадолго до этого начали работать в Институте радия в Париже под руководством Марии Кюри. Это были Ирен Кюри, дочь Марии и Пьера Кюри, и ее муж Фредерик Жолио. Когда они поженились, то решили, чтобы не прерывать знаменитую родословную, принять двойную фамилию — Жолио- Кюри.
Фредерик и Ирен Жолио-Кюри попробовали пропускать лучи Боте—Беккера через вещества, содержащие водород (например, парафин). Они обнаружили, что под действием этих лучей ядра атомов водорода, т. е. протоны, начинают двигаться так быстро, что величина их скорости не может быть объяснена воздействием электромагнитных волн. Об этом явлении они и сообщили на заседании Парижской академии наук 18 января 1932 г.
Сообщением супругов Жолио-Кюри очень заинтересовался английский ученый Джеймс Чедвик, работавший в лаборатории Резерфорда в Кембридже. Он чувствовал, что стоит на пороге нового великого открытия. Немедленно были поставлены опыты, проведены измерения, проверены и повторены опыты Жолио-Кюри. И вот через пять недель, 27 февраля 1932 г. Чедвик делает сообщение о результатах своих экспериментов.
Он утверждает, что излучение Боте—Беккера — совсем не электромагнитные волны. Это новые виды элементарных
частиц. И главный вывод — эти частицы не имеют электрического заряда. Они нейтральны.
Теперь стало понятным, почему они свободно проходят сквозь толстые слои веществ. Ведь электрические заряды ядра и электронные оболочки атомов на них не действуют. Следовательно, они свободно проходят сквозь атом.
Так была открыта еще одна элементарная частица — нейтрон — с массой, примерно равной массе протона. Теперь ученые получили в свои руки снаряд, которым они могли с гораздо большей эффективностью обстреливать атом.
Джеймс Чедвик, доказавший 27 февраля 1932 г. существование нейтрона, стал днем рождения новой отрасли физики — нейтронной физики. Развитие ее привело в конечном итоге к практическому использованию атомной энергии.
Теперь расчеты сошлись
В этом же знаменательном году советский физик Дмитрий Иваненко и независимо от него немецкий физик Вернер Гайзенберг разработали теорию атомного ядра. Основным выводом их теории было то, что нейтроны входят в состав ядра атома.
Теперь все оказалось на своем месте. Стал понятен атомный вес элемента. Он определяется суммой нейтронов и протонов в ядре атома. Гелий стоит на втором месте в таблице Менделеева. Значит, в его ядре два протона. Но атом гелия вчетверо тяжелее атома водорода и его атомный вес равен четырем. Значит, в его ядре, кроме двух протонов, имеются
еще два нейтрона, масса которых примерно такая же, как и масса протонов. Теперь расчеты сошлись.
Стало также понятным странное поведение излучения бериллия. Альфа-частицы при попадании в его ядра выбивали из них нейтроны. Эти нейтроны и были замечены учеными.
С 1932 г. все дальнейшие достижения в области изучения атома неразрывно связаны с изучением и использованием свойств нейтронов. Поэтому в биографию атома 1932 год вошел как одна из самых важных дат.
1934 год. 15 января
«Великое научное событие — открытие в 1934 г. господином и госпожой Жолио-Кюри искусственных радиоэлементов — было одним из решающих и крупнейших по своему значению этапов в развитии современной физики»
Французский физик МОРИС де БРОЙЛЬ
Удивительный магазин
Тот, кто въезжал в Москву со стороны Внуковского аэропорта, наверно, обратил внимание на магазин с очень необычным названием, расположенный по дороге к центру Москвы. На вывеске магазина огромными буквами выведено:
И З О Т О П Ы
Этот магазин открылся недавно, в конце 1959 г. Но он уже приобрел широкую известность во всем мире. Здесь все необычно. Начнем с того, как покупаются товары в этом магазине. В обычном магазине вас никто не спрашивает, кто вы, где вы работаете и имеете ли право покупать ту или иную понравившуюся вам вещь. А здесь вас обязательно спросят. Более того, потребуют справку о том, что вы имеете право покупать товары в этом магазине. Не бюрократизм ли это? Нет, все правильно; иначе и не может быть.
А покупатели? Они тоже необычные. Это представители заводов, фабрик, научно-исследовательских институтов. Нередко здесь можно встретить и иностранных покупателей. Они тоже приехали в СССРза продукцией, продаваемой в магазине.
А сотрудники магазина? Ни в каком другом магазине вы не встретите такую должность, как научный руководитель магазина. А здесь она есть. Подавляющее большинство продавцов — инженеры и техники. И это тоже необычно.
Так что же такое изотопы? Рассказывая биографию атома, мы пока о них не упоминали. Но, даже не зная еще, что это такое, можно с уверенностью сказать, что раз существует магазин, значит, существует и рынок сбыта его товаров. Значит, продукция, продаваемая в магазине, широко используется потребителями. Ведь бессмысленно же открывать магазин без уверенности, что будут покупатели! Другими словами, только один факт существования такого магазина говорит о широком использовании изотопов в Советском Союзе и других странах.
Но при чем здесь магазин? И какое он имеет отношение к биографии атома? Самое непосредственное. Существование этого магазина, широкое использование человеком изотопов стало возможным благодаря следующему в биографии атома открытию, сделанному за 25 лет до открытия магазина, в 1934 г. Это открытие принадлежит знаменитому французскому ученому-физику, пламенному борцу за мир — Фредерику Жолио-Кюри. Об этом открытии мы и хотим рассказать.
Почему не целые числа?
Мы уже знаем, что атомный вес элементов определяется суммой нейтронов и протонов в их ядрах. А в таблице у большинства элементов атомные веса не целые, а дробные. Например, у калия точный атомный вес 39,1, у урана— 238,07. На первый взгляд это непонятно. Ведь не может же быть в ядре, например, одна десятая протона или семь сотых нейтрона?
