Как же шло дело с попытками получения заметных количеств плутония? В циклотроне были получены лишь микрограммовые количества -- тысячные доли миллиграмма. Использование циклотрона для синтеза искусственных элементов означало большой технический прогресс. Было высчитано, что с обычными радиево-бериллиевыми источниками нейтронов на получение 0,15 г плутония из урана потребовалось бы 200 лет. Такое же количество в циклотроне можно было получить за два дня, если использовать нейтроны, выбиваемые разогнанными дейтронами из бериллиевой мишени.
В августе 1942 года американцам Каннингему и Вернеру удалось получить около 1 мкг плутония. Через месяц, 10 сентября 1942 года, впервые было взвешено видимое количество искусственно изготовленного элемента: 2,77 мкг оксида плутония. Для этого специально были сконструированы микровесы с кварцевой нитью. В конце 1942 года уже имелось 500 мкг -- полмиллиграмма соли плутония. Это количество слишком мало даже для того, чтобы изготовить булавочную головку. Поразительна разработанная Каннингемом техника работы, ставшая основой ультрамикроанализа; необходимость работы с микроколичествами вещества заставила использовать совершенно новые формы искусства химического эксперимента. Лабораторный стол уступил место микроскопу. Почти все манипуляции пришлось проводить под стереомикроскопом. Обычные лабораторные стаканы и Колбы сократились до размеров тончайших капилляров с внутренним диаметром от 0,1 до 1 мм. В них помещали объемы жидкости от 10[-1] до 10[-5] мл и проводили химические реакции. Об этих работах значительной научной ценности по выделению и изучению 94-го элемента научный мир узнал только в послевоенные годы, когда с них была снята завеса секретности.
Основываясь на свойствах плутония, изученных ультрамикрометодами, был сделан смелый шаг: проектирование и постройка промышленных установок для изготовления и очистки этого делящегося элемента в масштабе 1:1000 000 000. Работа была начата в США в то время, когда еще не функционировал ни один реактор для синтеза плутония. Последний американцы запустили лишь 2 декабря 1942 года: под трибуной спортивного стадиона в Чикаго Энрико Ферми успешно поджег урановый котел, состоящий из слоев 6 т урана, 36,6 т оксида урана и 315 т чистейшего графита. В ход была пущена самоподдерживающаяся цепная реакция: управляемая, а следовательно, не разрушительная, как того боялись. Впервые "урановая машина" вырабатывала энергию, хотя сначала только 200 Вт. Также впервые в урановом реакторе образовывался элемент плутоний: элементы в реакторе искусственно превращались друг в друга в весомых количествах.
Для атомной промышленности США удачный эксперимент Ферми означал последний этап к осуществлению производства плутония в Хэнфорде. С невероятной поспешностью были установлены три гигантских урановых котла на южном берегу реки Колумбия. Атомный реактор Ферми работал, как часы. Когда в годы войны эти реакторы были запущены на полную мощность, они помимо большого числа радиоактивных изотопов вырабатывали ежедневно около 1,5 кг плутония. Кроме того, в процессе ядерного деления выделялось много энергии, которая не находила применения и лишь нагревала воду реки.
Когда американскому журналисту Вильяму Лоуренсу, автору нескольких популярных брошюр по атомной энергии, разрешено было побывать в Хэнфорде, увиденное поразило его. По его словам, не было никакого признака того, что в этом гиганте, построенном рукой человека, свирепствует космический огонь; что в его утробе происходит тот процесс созидания элементов, который, вероятно, протекал миллионы лет назад, когда возникали основы нашего мироздания. Все казалось каким-то нереальным. Установка работала в неестественной тишине, в которой можно было услышать биение собственного сердца.
Ферми использовал для своего реактора графит в качестве замедлителя. Немцы, как известно, предпочли тяжелую воду. Однако таким путем они не достигли цели. К тому же фашистская Германия была близка к гибели и не располагала теми мощными материальными и техническими средствами, которые имелись в США. Немецкая модель урановой машины не достигла критической массы; нельзя было получить 94-й элемент. Все другие работы по выделению атомного взрывчатого вещества уран-235 тоже не были закончены до конца войны. К счастью для народов, гитлеровская атомная бомба так и осталась страшным видением.
"Ад" и "безумие"
Благодаря точным ультрамикрохимическим работам ученые очень скоро стали располагать всеми основными физико-химическими данными для искусственного элемента плутония. Теперь исследователи с некоторой гордостью заявляют, что о плутонии известно больше, чем о каком-нибудь классическом элементе, скажем, железе.
Когда в конце 1943 года в США смогли "наскрести" несколько миллиграммов плутония, в Чикагском университете группа Гленна Сиборга и Альберта Гиорсо стала работать над синтезом и обнаружением других ближайших трансуранов -95- и 96-го. Они, несомненно, также должны образовываться в атомном реакторе в результате многократного захвата нейтронов ураном. Однако не было смысла выделять неизвестные элементы из продуктов деления до тех пор, пока не будут известны их химические и физические свойства. Поэтому Сиборг с сотрудниками хотели сначала получить эти трансураны при помощи циклотрона бомбардировкой плутония нейтронами или дейтронами. Между тем опыты, длившиеся месяцами, не давали каких-либо сдвигов. Появились сомнения в правильности использования методов разделения.
Прежние представления, согласно которым элементы 93, 94, 95 являются аналогами рения, осмия и иридия, то есть должны проявлять те же химические свойства, были разрушены с открытием нептуния и плутония: в этом месте периодическая система элементов была неверна! Экарений -- нептуний и экаосмий -- плутоний, как ни странно, совершенно не имели сходства с рением или осмием. Поэтому Сиборг предположил, что трансураны вместе с ураном относятся к новой группе элементов, являющихся преимущественно шестивалентными. Однако как ни привлекателен был этот вариант, как раз для него не было химических доказательств. Все операции, предпринятые для выделения полученных элементов 95 и 96, не приводили ни к чему, если исходить из их 6-валентности.
Сиборг вновь и вновь перепроверял свои представления. Быть может, аналогично 14 лантаноидам (редкоземельным элементам) существует также группа из 14 "актиноидов", которая следует за актинием и заканчивается 103-м элементом? В этом случае элементы 95 и 96 должны иметь электронные конфигурации, сходные с их "родственниками" -- европием (элемент 63) и гадолинием (элемент 64), то есть должны быть преимущественно трехвалентными.
Завороженная этой мыслью группа Сиборга рискнула сделать отважный прыжок в неизвестное. Они хотели, прежде всего, синтезировать элемент 96, чтобы на нем проверить свои представления. Летом 1944 года они бомбардировали 10 мг плутония -- больше не было -- альфа-частицами из циклотрона в Беркли:
[239]Pu + [4]He [242]X+ n
Опыт удался, удались и химическое разделение и идентификация элемента 96. Появилась актиноидная концепция Сиборга: актиноиды являются не чем иным, как экалантаноидами. Это следовало учитывать при размещении их в периодической системе. Так получилось, что 96-й элемент был открыт еще до 95-го. Однако химическое разделение обоих элементов долгое время казалось невыполнимым. Один сотрудник из группы в Беркли предложил назвать эти трансураны "пандемониум" (ад) и "делириум" (безумие). Разделение удалось только в 1945 году и лишь с помощью новой техники, которая основывалась на селективности только что разработанных ионообменных смол. Выделенный 96-й элемент назвали кюрием в честь Марии Кюри. Для 95-го элемента предложили название америций, исходя из его лантаноидного аналога -- европия. Когда позднее было получено первое видимое глазом количество искусственного элемента америция и его хотели запечатлеть на пленке, в Беркли отыскали подходящий для сравнения масштаб: маленькое игольное ушко. И все же оно было больше, чем количество америция, собранное на крошечном центрифужном стеклышке!
