Когда периодическая система была открыта, недоставало 23-х элементов, теперь -- только двух: 61- и 85-го. Как шла дальше охота за элементами? Летом 1938 года Эмилио Сегрэ вновь поехал в Беркли. Он намеревался изучить короткоживущие изотопы элемента 43. Безусловно, такие исследования надо было предпринять на месте. Изотопы с малым периодом полураспада не "пережили" бы путь в Италию. Едва прибыв в Беркли, Сегрэ узнал, что возвращение в фашистскую Италию стало для него невозможным из-за расового террора. Сегрэ остался в Беркли и продолжал там свои работы.

В Беркли с более мощным циклотроном можно было разогнать альфа-частицы до высоких энергий. После преодоления так называемого порога кулоновского взаимодействия эти альфа-частицы были в состоянии проникнуть даже в ядра тяжелых атомов. Теперь Сегрэ увидел возможность превратить висмут, элемент 83, в неизвестный элемент 85. Совместно с американцами Корсоном и Маккензи он бомбардировал ядра висмута альфа-частицами с энергией 29 МэВ, чтобы провести следующий процесс:

[209]Bi + [4]He [211]X + 2n

Реакция осуществилась. Когда исследователи закончили первую совместную работу, 1 марта 1940 года, они лишь осторожно высказали мысль "о возможном получении радиоактивного изотопа элемента 85". Вскоре после этого они были уже уверены: искусственно получен элемент 85, до того как он был найден в природе. Последнее посчастливилось сделать лишь несколько лет спустя англичанке Лей-Смит и швейцарцу Миндеру из института в Берне. Им удалось показать, что элемент 85 образуется в радиоактивном ряду тория в результате побочного процесса. Для открытого элемента они выбрали название англо-гельвеций, которое было раскритиковано как словесная несуразица. Австрийская исследовательница Карлик и ее сотрудник Бернерт вскоре нашли элемент 85 в других рядах естественной радиоактивности, тоже как побочный продукт. Однако право дать наименование этому элементу, встречающемуся лишь в следах, оставалось за Сегрэ и его сотрудниками: теперь его называют астат, что в переводе с греческого означает непостоянный. Ведь самый устойчивый изотоп этого элемента обладает периодом полураспада только 8,3 ч.

К этому времени профессор Сегрэ пытался также синтезировать элемент 61. Между тем стало ясно, что оба соседа этого элемента по периодической системе, неодим и самарий, слабо радиоактивны. Сначала это казалось удивительным, так как в то время считали, что радиоактивность присуща наиболее тяжелым элементам. Неодим, 60-й элемент, излучал бета-лучи, следовательно, должен был превращаться в элемент 61. Тот факт, что этот неизвестный химический элемент до сих пор не могли выделить, вероятно, объяснялся его быстрым радиоактивным распадом. Что же делать? Здесь выход заключался опять-таки в искусственном получении искомого элемента. Раз элемент 61 нельзя было найти в природе, физики попытались его синтезировать.

В 1941/42 годах ученые Лоу, Пул, Квилл и Курбатов из Государственного университета в Огайо бомбардировали редкоземельный элемент неодим дейтронами, разогнанными в циклотроне. Они обнаружили радиоактивные изотопы нового элемента, который назвали циклонием. Однако это был лишь след, оставленный на фотопленке.

Каковы были успехи Эмилио Сегрэ? Он облучал альфа-лучами празеодим -элемент 59. Однако переработка безусловно синтезированных им изотопов элемента 61 оказалась слишком сложной. Выделение их из других редкоземельных элементов не удалось.

Об одном безрезультатном исследовании пришло известие из Финляндии. Еще в 1935 году химик Эреметсе начал анализировать концентраты смеси оксидов самария и неодима на природное содержание в них 61-го элемента. Для этой цели было переработано несколько тонн апатита.

Первый этап борьбы за 61-й элемент имел ничейный результат. Нельзя было даже принять предложенное название "циклоний".

Нептуний

Если не учитывать предстоявшую идентификацию 61-го элемента, то к началу 40-х годов были известны все 92 элемента периодической системы. Свободных клеток в ней уже не было. А как обстояло дело со спорными элементами по другую сторону урана? После распутывания вопроса с продуктами деления урана от прежних "трансуранов" не осталось почти ничего. Имелось лишь одно-единственное исключение: изотоп урана с массовым числом 239, обнаруженный Отто Ханом с сотрудниками еще в марте 1936 года, был истинным. Хотя это был не новый элемент, но он излучал бета-лучи, следовательно, должен был переходить в следующий, 93-й элемент.

Как мы уже знаем, исследователи из Берлин-Далема не обнаружили 93-й элемент, потому что они располагали лишь слабыми источниками нейтронов. Они и не искали его более. Ведь ученые считали, что идентифицировали другой представитель элемента 93-- экарений. В то время они еще не подозревали, что это были ложные трансураны. Примешалась, конечно, и неудача: ведь Отто Хан и его сотрудники уже тогда могли бы получить определимое количество 93-го элемента после длительного облучения нейтронами больших количеств урана. Позднее, оценивая "почти трагическую путаницу", которой тогда были все охвачены, Отто Хан сказал: "Тут от нас ускользнула Нобелевская премия". Ибо американцы Мак-Миллан и Абельсон были удостоены Нобелевской премии за открытие 93-го элемента, о котором они дали знать 15 июня 1940 года.

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.