58 РАСЩЕПЛЕНИЕ ТЯЖЁЛЫХ ЯДЕР ^*

^*Desintegration of Heavy Nuclei. Nature, 1939, 143, 330.

Благодаря любезности проф. Мейтнер и д-ра Фриша я был ознакомлен с содержанием их писем, направленных недавно в «Nature». В первом из этих писем авторы интерпретируют замечательные результаты Гана и Штрассмана как указание на существование нового типа расщепления тяжёлых ядер, заключающегося в делении ядра на две части с приблизительно равными массами и зарядами, сопровождающемся выделением огромной энергии. Во втором письме д-р Фриш описывает эксперименты, в которых продукты распада непосредственно обнаруживаются по исключительно большой ионизации, которую они вызывают. В связи с исключительной важностью открытия деления ядер я хотел бы сделать несколько замечаний относительно механизма процесса деления с точки зрения общих соображений, развитых за последние годы, имея в виду объяснить основные черты ядерных реакций, наблюдавшихся к настоящему времени.

Согласно этим соображениям, всякая ядерная реакция, вызываемая столкновениями с частицами или γ-квантами, включает в себя в качестве промежуточной стадии образование составного ядра, в котором энергия возбуждения распределяется между различными степенями свободы подобно тому, как это имеет место при нагревании твердого тела или жидкости. Относительные вероятности различных возможных путей реакции определяются при этом соответствующими вероятностями снятия возбуждения путём освобождения энергии в виде γ-кванта или такого её перераспределения, которое приводит к тому или иному типу распада составного ядра. В случае обычных реакций, в которых этот распад состоит в испускании единственной частицы, указанное перераспределение заключается в концентрации большей части энергии на одной частице, находящейся на поверхности ядра, и напоминает обычное испарение с поверхности жидкой капли. Если же распад составного ядра можно уподобить делению такой капли на две капли меньших размеров, то необходимо, очевидно, чтобы энергия, распределённая квазитепловым образом, перешла бы в значительной своей части в некоторый специальный тип колебаний, соответствующий большим деформациям поверхности ядра.

В обоих случаях можно сказать, что ход процесса определяется флуктуацией в статистическом распределении энергии между различными степенями свободы системы, причём вероятность такого распределения существенно зависит как от величины энергии, которая должна сосредоточиться на определённом типе движения, так и от «температуры», соответствующей возбуждению всего ядра. Поскольку эффективные сечения распада ядра под действием нейтронов различных скоростей имеют тот же порядок величины, что и сечения обычных ядерных реакций, отсюда следует, что для наиболее тяжёлых ядер энергия деформации, достаточная для того, чтобы вызвать их деление, имеет тот же порядок величины, что и энергия, достаточная для освобождения отдельной ядерной частицы. Однако для более лёгких ядер, для которых до сих пор наблюдались лишь распады типа испарения (с вылетом отдельной частицы), энергия, необходимая для деления, должна быть значительно больше энергии связи частицы в ядре.

Изложенные обстоятельства непосредственно подтверждаются тем фактом, подчёркнутым Мейтнер и Фришем, что взаимное отталкивание электрических зарядов в ядре с большим атомным номером начинает конкурировать с короткодействующими силами притяжения ядерных частиц, препятствующих деформации ядра. Описанная ситуация в ядре в большей степени напоминает проблему стабильности заряженной жидкой капли; в частности, любая деформация ядра, достаточная для его деления, может рассматриваться приближённым образом в рамках классической механики, поскольку амплитуда соответствующих колебаний, очевидно, велика по сравнению с квантовомеханическими нулевыми колебаниями. Именно поэтому представляется возможным понять замечательную стабильность тяжёлых ядер в основном состоянии или в состояниях с малым возбуждением, хотя при их делении и могла бы выделиться большая энергия.

Продолжение экспериментов по исследованию нового типа ядерных превращений и прежде всего более тщательное изучение условий их протекания, несомненно, даст ценнейшую информацию о механизмах возбуждения ядер.

Институт перспективных исследований

Принстон, Нью-Джерси

20 января 1939 г.

59 РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В РАСЩЕПЛЕНИИ УРАНА И ТОРИЯ И ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР ^*

^*Resonance in Uranium and Thorium Desintegrations and the Phenomenon of Nuclear Fission. Phys. Rev., 1939, 55, 418, 419.

Изучение ядерных превращений при бомбардировке нейтронами: урана и тория, начатое Ферми и его сотрудниками и продолженное в работах Мейтнер, Гана и Штрассмана, а также Кюри и Савича, пролило свет на целый ряд интересных явлений. Прежде всего, как было указано Мейтнер и Фришем ¹ обнаруженный недавно Ганом и Штрассманом радиоактивный изотоп бария, являющийся продуктом таких превращений, свидетельствует о новом типе ядерных реакций, в которых ядро делится на два ядра с меньшими зарядами и массами, причём в результате этого процесса выделяется энергия, превышающая сто миллионов электронвольт. Прямое доказательство существования так называемого деления ядер было дано Фришем ² в случае тория и урана. При этом наблюдалась очень интенсивная ионизация газа, вызванная осколками ядерного деления, движущимися с большой скоростью.

¹ L. Meitner, O. Frisch. Nature, 1939, 143, 239; в этой работе даны ссылки на предыдущие статьи.

² О. Frisch. Nature, 1939, 143, 276. Рукопись этой заметки (так же как и рукопись заметки проф. Мейтнер и д-ра Фриша) была любезно предоставлена мне авторами. Как я узнал из других дружески переданных мне сообщений, дальнейшие исключительно интересные сведения относительно явлений деления ядер получены в последнее время в ряде лабораторий Америки и Европы.

В недавней заметке ³, касающейся этой интереснейшей предложенной Мейтнер и Фришем трактовки ядерных превращений, происходящих под действием нейтронов, автор подчеркнул, что для описания хода этих реакций можно предположить, что они протекают в два этапа, точно так же, как это имеет место в обычных ядерных реакциях. Первой стадией является образование составного ядра, в котором энергия распределяется (между частицами ядра) подобно тому, как это имеет место в случае теплового движения частиц жидкости или твердого тела. Вторая стадия состоит в освобождении этой энергии в виде излучения или в переходе её в такую форму, которая приводит к распаду составного ядра. В случае обычных реакций, сопровождающихся испусканием из составного ядра протона, нейтрона или γ-кванта, мы имеем дело с концентрацией значительной части этой энергии возбуждения на одной частице, расположенной на поверхности ядра, так что количество этой энергии оказывается достаточным для её вылета из ядра. Этот процесс подобен явлению испарения молекулы из капли жидкости.

³ N. Воhг. Nature, 1939, 143, 330 (статья 58).

В случае явлений деления эта энергия должна переходить в некоторый специальный тип движения всего ядра, сводящийся к деформации его поверхности; эта деформация должна быть достаточно большой, чтобы привести к делению ядра, подобному делению жидкой капли на две капельки меньших размеров. Из статистико-механического рассмотрения, аналогичного тому, которое используется для описания ядерных реакций в терминах испарения, следует, что с увеличением заряда ядра вероятность деления становится сравнимой с вероятностью обычных ядерных реакций; это происходит тогда, когда энергия указанной деформации уменьшается до значений того же порядка величины, что и энергия, необходимая для вылета отдельной ядерной частицы.

Здесь я хотел бы указать, что это рассмотрение, по-видимому, позволяет без труда объяснить специфическую зависимость от скорости падающих нейтронов сечений различных процессов превращения в случае урана и тория (эта зависимость наблюдалась Мейтнер, Ганом и Штрассманом ⁴). В свете новых открытий, по-видимому, большое число наблюдавшихся процессов, в которых трудно разобраться на основе обычных представлений об ядерных реакциях, можно согласно Мейтнер и Фришу свести только к двум типам превращений. Один из них состоит в обычном радиационном захвате падающего нейтрона, сопровождающимся образованием составного ядра в основном состоянии с последующим его превращением в стабильное ядро путём испускания β-частицы. Другой тип превращения заключается в делении возбуждённого составного ядра, которое может происходить многими различными путями; при этом продукты такого деления обладают широким спектром значений масс и зарядов. Это обстоятельство, как мы увидим ниже, имеет особое значение для понимания некоторых специфических особенностей деления урана. Только внимательное изучение статистического распределения осколков деления позволяет выяснить происхождение конечного продукта реакции, обладающего химическими свойствами и данным периодом полураспада.