1934 год — Искусственная радиоактивность. От Ирен и Фредерик Жолио-Кюри до Курчатова

Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри

Фредерик Жолио-Кюри (, до брака — Фредерик Жюлио; 19 марта 1900, Париж – 14 августа 1958, там же) — французский физик, лауреат Нобелевской премии по химии, совместно с Ирен Жолио-Кюри (1935), муж Ирен Жолио-Кюри.


Французский физик Жан Фредерик Жолио родился в Париже. Он был младшим из шести детей в семье процветающего коммерсанта Анри Жолио и Эмилии (Родерер) Жолио, которая происходила из зажиточной протестантской семьи из Эльзаса. В 1910 г. мальчика отдали учиться в лицей Лаканаль, провинциальную школу-интернат, но семь лет спустя после смерти отца он вернулся в Париж и стал студентом Эколь примэр сюперьер Лавуазье. Решив посвятить себя научной карьере, Ж. в 1920 г. поступил в Высшую школу физики и прикладной химии в Париже и через три года окончил ее лучше всех в группе.

Полученный Ж. диплом инженера говорил о том, что в образовании будущего ученого превалировало практическое применение химии и физики. Однако интересы Ж. лежали скорее в области фундаментальных научных исследований, что в значительной мере объяснялось влиянием одного из его учителей в Высшей школе физики и прикладной химии – французского физика Поля Ланжевена. Закончив прохождение обязательной воинской службы, Ж., обсудив с Ланжевеном свои планы на будущее, получил совет попробовать занять должность ассистента у Марии Кюри в Институте радия Парижского университета.

Ж. последовал совету и в начале 1925 г. приступил к своим новым обязанностям в этом институте, где, работая препаратором, продолжал изучать химию и физику. В следующем году (1926 г.) он женился на Ирен Кюри, дочери Мари и Пьера Кюри, которая тоже работала в этом институте. С замужеством фамилия Ирен изменилась на Жолио-Кюри. У супругов родились сын и дочь, и оба они стали учеными. А Ж., получив степень лиценциата (равносильную степени магистра наук), продолжил свою работу и в 1930 г. был удостоен докторского звания за исследование электрохимических свойств радиоактивного элемента полония.

Попытки найти академическую должность не увенчались успехом, и Ж. уже совсем было решил вернуться к работе химика-практика на промышленном производстве, но Жан Перрен помог ему выиграть правительственную стипендию, позволившую Ж. остаться в институте и продолжать исследования, связанные с воздействием радиации. В 1930 г. немецкий физик Вальтер Боте обнаружил, что некоторые легкие элементы, в частности бериллий и бор, испускают сильную проникающую радиацию при бомбардировке их движущимися с высокой скоростью ядрами гелия (позднее это было названо облучением альфа-радиацией), образующимися при распаде радиоактивного полония.

Знание инженерного дела помогло Ж. сконструировать чувствительный детектор с конденсационной камерой, с тем чтобы фиксировать эту проникающую радиацию, и приготовить образец с необычайно высокой концентрацией полония. С помощью этого аппарата супруги Жолио-Кюри (как они себя называли), начавшие свое сотрудничество в 1931 г., обнаружили, что тонкая пластинка водородсодержащего вещества, расположенная между облученным бериллием или бором и детектором, увеличивает первоначальную радиацию почти вдвое.

Дополнительные опыты показали им, что это добавочное излучение состоит из атомов водорода, которые в результате столкновения с проникающей радиацией высвобождаются, приобретая чрезвычайно высокую скорость. Хотя ни один из этих двух исследователей не понял сути процесса, тем не менее проведенные ими точные измерения привели к тому, что в 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон – нейтральную частицу, входящую в состав атомного ядра.

Побочными продуктами при бомбардировке бора или алюминия альфа-частицами являются также позитроны (положительно заряженные электроны), которые в том же 1932 г. были обнаружены американским физиком Карлом Д. Андерсоном. Супруги Жолио-Кюри изучали эти частицы с конца 1932 г. – в течение всего 1933 г., а в самом начале 1934 г. начали новый эксперимент. Закрыв отверстие конденсационной камеры тонкой пластинкой алюминиевой фольги, они облучали образцы бора и алюминия альфа-радиацией. Как они и ожидали, позитроны действительно испускались, но, к их удивлению, эмиссия позитронов продолжалась в течение нескольких минут и после того, как убирали полониевый источник.

Таким образом, Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые из подвергаемых анализу образцов алюминия и бора превратились в новые химические элементы. Более того, эти новые элементы были радиоактивными: алюминий, поглощая два протона и два нейтрона альфа-частиц, превращался в радиоактивный фосфор, а бор – в радиоактивный изотоп азота. Поскольку эти неустойчивые радиоактивные элементы не были похожи ни на один из естественно образующихся радиоактивных элементов, ясно было, что они созданы искусственным путем. Впоследствии супруги Жолио-Кюри синтезировали большое число новых радиоактивных элементов.

В 1935 г. Фредерику и Ирен Жолио-Кюри совместно была присуждена Нобелевская премия по химии «за выполненный синтез новых радиоактивных элементов». К.В. Пальмайер, представляя их от имени Шведской королевской академии наук, сказал: «Благодаря вашим открытиям впервые стало возможным искусственное превращение одного элемента в другой, до тех пор неизвестный. Результаты проведенных вами исследований имеют важнейшее сугубо научное значение». «Но кроме того,– продолжал Пальмайер,– физиологи, врачи и все страдающее человечество надеются обрести благодаря вашим открытиям бесценные лекарственные препараты».

В своей Нобелевской лекции Ж. отметил, что применение искусственных радиоактивных элементов в качестве меченых атомов «упростит проблему нахождения и устранения различных элементов, существующих в живых организмах». Из накопленных сведений, сказал он, «можно сделать вывод, что не следует считать, будто несколько сотен атомов, образующих нашу планету, были созданы все одновременно и будут существовать вечно». Кроме того, добавил Ж., «у нас есть основания полагать, что ученым... удастся осуществить превращения взрывного характера, настоящие химические цепные реакции», которые освободят огромное количество полезной энергии. «Однако, если разложение распространится на все элементы нашей планеты,– предупреждал ученый,– то последствия развязывания такого катаклизма могут только вызвать тревогу».

В 1937 г. Ж., продолжая работать в Институте радия, одновременно занял и должность профессора в Коллеж де франс в Париже. Здесь он создал исследовательский центр ядерной физики и химии и основал новую лабораторию, где отделы физики, химии и биологии могли работать в тесном сотрудничестве. Кроме того, ученый контролировал строительство одного из первых во Франции циклотронов, в котором при проведении исследований в качестве источника альфа-частиц должны были использоваться радиоактивные элементы.

В 1939 г., вслед за открытием немецким химиком Отто Ганом возможности деления (расщепления) атома урана, Ж. нашел прямое физическое доказательство того, что такое деление носит взрывной характер. Признавая, что огромное количество энергии, высвобождаемой в процессе расщепления атома, может быть использовано в качестве источника энергии, он приобрел у Норвегии практически все имевшееся тогда количество тяжелой воды. Однако разразившаяся в это время вторая мировая война и оккупация Франции германскими армиями заставили его прервать исследования. Подвергая себя значительному риску, Ж. сумел тайно переправить имевшуюся в его распоряжении тяжелую воду в Англию, где она была использована английскими учеными в ходе предпринимавшихся ими усилий по разработке атомного оружия.

Оставаясь в Париже в период оккупации, Ж. сохранил за собой посты в Институте радия и в Коллеж де Франс. Будучи активным членом движения Сопротивления, он использовал возможности своей лаборатории для изготовления взрывчатых веществ и радиоаппаратуры для борцов Сопротивления вплоть до 1944 г., когда ему самому пришлось скрываться.

После освобождения Парижа Ж. был назначен директором Национального центра научных исследований, на него была возложена ответственность за восстановление научного потенциала страны. В октябре 1945 г. Ж. убедил президента Шарля де Голля создать Комиссариат по атомной энергии Франции. Три года спустя он руководил пуском первого во Франции ядерного реактора. Несмотря на то что авторитет Ж. как ученого и администратора был чрезвычайно высок, его связь с коммунистической партией, в которую он вступил в 1942 г., вызывала недовольство, и в 1950 г. он был освобожден с поста руководителя Комиссариата по атомной энергии.

Теперь Ж. посвящал большую часть своего времени исследовательской работе в лаборатории и преподаванию. Оставаясь активным политическим деятелем, он был также президентом Всемирного Совета Мира. Смерть Ирен Жолио-Кюри в 1956 г. явилась для Ж. тяжелым ударом. Став ее преемником на посту директора Института радия и заменив ее на преподавательской работе в Сорбонне, он взял на себя также контроль над строительством нового института в Орсе, к югу от Парижа. Однако организм ученого был ослаблен из-за перенесенного двумя годами ранее вирусного гепатита, и 14 августа 1958 г. Ж. скончался в Париже после операции, связанной с внутренним кровоизлиянием.

Ж. характеризовали как человека чуткого, доброго и терпеливого. Он любил играть на пианино, рисовать пейзажи и читать. В последние годы жизни посвящал много времени политическим проблемам. В 1940 г. Колумбийский университет наградил ученого золотой медалью Барнарда за выдающиеся научные заслуги. Ж. был членом Французской академии наук и Медицинской академии Франции, а также иностранным членом многих научных обществ.

Источник: http://oko-planet.su

Другой источник:

Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри




Выйти из тени. История Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио Кюри

Искусственная радиоактивность

Новый период в развитии ядерной физики начался фундаментальными открытиями. 15 января 1934 г. на заседании Парижской Академии наук Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. «Нам удалось доказать методом камеры Вильсона, — сообщали они, — что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их а-частицами полония».

«Испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению а-луча-ми полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника а-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса».

Ф. Жолио и И. Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. «Мы полагаем, —писали они, — что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:


Изотоп фосфора 15Р30 является радиоактивным Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает положительный электрон согласно реакции:


Для бора и магния можно себе представить аналогичные реакции, приводящие к образованию неустойчивых ядер 7N13 и 14Si27. Изотопы 7N13, ,4Si27, ,5P30 не наблюдаются в природе, так как они могут существовать только в течение очень короткого времени». Заканчивая свое короткое сообщение, ф. Жо-лио и И. Кюри писали: «Таким образом в настоящей работе удалось впервые при помощи внешнего воздействия вызвать у некоторых атомных ядер радиоактивность, которая сохраняется в течение измеримого времени в отсутствие вынуждающей причины».

Это было открытие огромной важности. Радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-либо изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио-Кюри, получило название «искусственная радиоактивность».

Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.

Рис. 81. Приборы И. и Ф. Кюри, с которыми была получена искусственная радиоактивность


Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 19 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской Коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль, затем в связи с войной был мобилизован в армию, но в войне участвовать ему не пришлось. Война кончилась, и Жолио получил отсрочку для продолжения образования. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри, а теперь преподавал физику Поль Ланжевен.

По окончании школы Фредерик Жолио работал инженером-практиком на сталелитейных заводах. Однако в связи с окончанием отсрочки он был призван в армию и поступил в артиллерийскую школу в Пуатье. По окончании училища новоиспеченный сублейтенант по рекомендации Ланжевена поступил в препараторы к Марии Кюри в Институт радия. Здесь он встретился со своей будущей женой, дочерью Пьера и Марии Кюри, Ирен. Брак Ирен Кюри и Фредерика Жолио был зарегистрирован 4 октября 1926 г. С тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она закончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда ф. Жолио поступил препаратором в Институт радия (1925), она защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г., на пять лет позже жены. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Коллеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена — профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете.


военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а в послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию франции. Он с 1949 г. и до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри до 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии франции. Ирен Жолио-Кюри умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. ф. Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И. В. Курчатовым, Д. В. Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер ф. Жолио-Кюри 14 августа 1958 г.


Источник: http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st069.shtml

Опыты Ферми

Вернемся к открытию искусственной радиоактивности. Оно вызвало широкий резонанс, и в короткое время был получен ряд новых радиоактивных изотопов. Но особенно важными были исследования Э. ферми и его сотрудников, начавшиеся весной 1934 г. ферми пошел совершенно по новому пути, он начал облучать элементы нейтронами.

Ферми решил, как он писал в статье «Радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой», «выяснить, не вызывает ли нейтронная бомбардировка наведенной радиоактивности — явления, аналогичного наблюдаемому супругами Жолио при облучении а-частицами». Это было неожиданно и смело. «Я помню, — писал О. Фриш, — что моя реакция и реакция многих других была скептической: эксперимент Ферми казался бессмысленным, потому что нейтронов было много меньше, чем ex-частиц». В самом деле, супруги Жолио и другие физики бомбардировали элементы а-частицами, вылетавшими из радиоактивного препарата. В опытах же ферми эти частицы сначала использовались для получения нейтронов, которых выделялось очень немного, а затем уже начиналось облучение элементов полученными нейтронами. «Стреляли» не «снарядами», а продуктами попадания этих снарядов. Сами «нейтронные пушки» ферми были маленькими трубочками в несколько сантиметров, заполненными смесью бериллия и радона. Вот как ферми описывал один из таких источников нейтронов размером всего 1,5 см: «Это была стеклянная трубочка..., в которой находились зерна бериллия; раньше чем запаять трубочку, надо было ввести в нее некоторое количество эманации радия. Альфа-частицы, испускаемые радоном, в большом числе сталкиваются с атомами бериллия и дают нейтроны...»

«Опыт выполняется следующим об разом. В непосредственной близости от источника нейтронов помещается пластинка алюминия, или железа, или вообще того элемента, который желательно изучить, и оставляется на некоторое время, которое может составлять минуты, часы, дни (в зависимости от случая). Нейтроны, вылетающие из источника, ударяют в какие-либо из ядер вещества. При этом происходит множество реакций самого различного типа».

В первом сообщении, датированном 25 марта 1934 г., ферми, бомбардировавший алюминий и фтор, получил изотопы натрия и азота, испускающие электроны (а не позитроны, как у Жолио-Кюри). Метод нейтронной бомбардировки оказался очень эффективным, и ферми писал, что эта высокая эффективность в осуществлении расщеплений «вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками а-частиц и протонов». Ему удалось этим методом активизировать 47 из 68 изученных элементов.

Воодушевленный успехом, он в сотрудничестве с ф. Разетти и О. Д Агостино предпринял нейтронную бомбардировку тяжелых элементов: тория и урана. «Опыты показали, что оба элемента, предварительно очищенные от обычных активных примесей, могут сильно активизироваться при бомбардировке нейтронами». Среди активных продуктов бомбардировки урана было найдено три с периодом полураспада 10 с, 40 с, 13 мин и еще два с периодом от 40 мин до одного дня. При этом оставалось неясным, «представляют ли эти периоды последовательные или альтернативные процессы распада».

Ферми со своими сотрудниками предпринял попытку химической идентификации р-активного продукта с периодом полураспада 13 мин. Он установил, что 13-минутная активность может быть обусловлена изотопами урана (Z — 92), протактиния (Z = 91), тория (Z = 90), актиния (Z = 89), pa-дет (Z = 88), висмута (Z = 83), свин-qa(Z = 82), а также «экацезия» (Z = 87) и радона (Z = 86). Ни один из тяжелых элементов не является химическим аналогом радиоактивного продукта с 13-минутным периодом. Естественно, что ферми и в голову не приходило сравнивать его с элементами из середины периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, и он сделал предположение, что «атомный номер соответствующего элемента может быть больше 92». Так появилась гипотеза трансурановых элементов.

Э. Резерфорд с большим интересом следил за опытами ферми. Еще 23 апреля 1934 г. он писал ему: «Ваши результаты очень интересны, и нет никакого сомнения, что в дальнейшем нам удастся получить больше сведений о действительном механизме этих превращений». Летом сотрудники ферми Э. Сегре и Э. Амальди были в Кембридже у Резерфорда и привезли ему обзорную статью «Искусственная радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой», авторами которой были Э. ферми, Э. Амальди, О. Д'Агостино, ф. Разетти и Э. Сегре. Статья содержала полный отчет об опытах, проводившихся в физической лаборатории Римского университета. Резерфорд, как президент Лондонского Королевского общества, передал статью для публикации в «Трудах» общества.

Статья появилась в том же, 1934 г. В ней говорилось и о бомбардировке урана, причем в числе продуктов бомбардировки был идентифицирован еще элемент с 90-минутным периодом полураспада. «90-минутный и 13-минутный активные продукты, — говорилось в статье, — обладают, по-видимому, совершенно аналогичными химическими свойствами, так как в реакции любого типа они получаются примерно в одинаковой пропорции. Поэтому обе эти активности, по-видимому, обусловлены продуктами с атомами номером выше 92,— возможно, изотопами одного и того же элемента».

22 октября 1934 г. ферми сделал фундаментальное открытие. Поместив между источником нейтронов и активируемым серебряным цилиндром парафиновый клин, ферми заметил, что клин не уменьшает активность нейтронов, а несколько увеличивает ее. ферми сделал вывод, что этот эффект, по-видимому, обусловлен наличием водорода в парафине, и решил проверить, как будет влиять на активность расщепления большое количество водородсо-держащих элементов. Проведя опыт сначала с парафином, потом с водой, ферми констатировал увеличение активности в сотни раз. В статье «Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами», написанную ферми совместно с Э. Амальди, Б. Понтекорво, ф. Разетти и Э. Сегре, было выдвинуто следующее объяснение этих фактов: «Нейтроны быстро теряют энергию в ряде повторных столкновений с ядрами водорода... можно ожидать, что после нескольких соударений нейтроны будут двигаться подобно молекулам диффундирующего газа, достигая в конечном счете энергий, соответствующих тепловому движению». Опыты ферми обнаружили огромную эффективность медленных нейтронов.

Источник: http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st070.shtml

Теория в-распада Ферми

Таким образом, Э. ферми в 1934 г. добился замечательных результатов, идя по избранному им пути. Но, помимо этих экспериментальных результатов, 1934 г. был годом замечательных теоретических достижений ферми. Уже в декабрьском номере 1933 г. итальянского журнала «Ricerca Scientifica» были опубликованы его предварительные соображения о в-распаде; в начале

1934 г. в «Zeitschrift fur Physik» была опубликована его классическая статья «К теории р-лучей». Авторское резюме статьи гласит: «Предлагается количественная теория р-распада, основанная на существовании нейтрино; при этом испускание электронов и нейтрино рассматривается по аналогии с эмиссией светового кванта возбужденным атомом в теории излучения. Выведены формулы из времени жизни ядра и для формы непрерывного спектра в-лучей; полученные формулы сравниваются с экспериментом ».

Ферми в этой теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно-нейт-ронной модели ядра, приняв также гипотезу изотопического спина, предложенную Гейзенбергом для этой модели В основу своей теории ферми кладет следующие предложения:

а) Полное число электронов, равно как и число нейтрино, не обязательно должно быть постоянным. Электроны (или нейтрино) могут возникать и исчезать...

б) Тяжелые частицы, нейтроны и протоны, можно рассматривать, следуя В. Гейзенбергу, как два внутренних квантовых состояния тяжелой частицы. Сформулируем это, введя некоторую внутреннюю координату тяжелой частицы р, могущую принимать только два значения: р = 1, когда частица является протоном, и р=— 1, если она оказывается нейтроном.

в) Гамильтонову функцию системы из тяжелых и легких частиц нужно выбрать таким образом, чтобы каждый переход нейтрона в протон сопровождался возникновением электрона и нейтрино, а обратный процесс — превращение протона в нейтрон — сопровождался исчезновением электрона и нейтрино. Заметим, что тем самым обеспечивается сохранение заряда».

Комментируя теорию ферми, ф. Ра-зетти писал: «Построенная им на этой основе теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме».

Ферми представлял собой необыкновенное в физике XX в. сочетание глубокого теоретика с первоклассным экспериментатором.

«Великий итальянский физик Энрико ферми, — писал Бруно Понтекорво, — занимает особое место среди современных ученых: в наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, которым был ферми. Можно даже сказать, что появление на ученой арене XX в. человека, который внес такой громадный вклад в развитие теоретической физики, и экспериментальной физики, и астрономии, и технической физики, — явление скорее уникальное, чем редкое».

Энрико ферми родился 29 сентября 1901 г. в Риме, в семье служащего. У него очень рано появились способности к точным наукам. Он учился в Нормальной школе города Пиза с 1918 по 1922 г., затем по протекции доцента физического института Римского университета сенатора Корбино получил временную должность преподавателя математики для химиков в Римском университете. В 1923 г. он получает командировку в Германию, в Геттинген, к Максу Борну. ферми чувствует себя не очень уверенно, и лишь большая моральная поддержка Эрен-феста, у которого он был в Лейдене с сентября по декабрь 1924 г., помогла ему поверить в свое призвание физика.

По возвращении в Италию ферми с января 1925 до осени 1926 г. работает в флорентийском университете. Здесь он получает свою первую ученую степень «свободного доцента» и — что самое главное — создает свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 г. он занял должность профессора вновь утвержденной кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других, составивших итальянскую школу современной физики.

В Риме ферми работал до 1938 г. фашистский режим угрожал благополучию его семьи из-за еврейского происхождения его жены Лауры. Уехав в Стокгольм за получением Нобелевской премии вместе с семьей, ферми не вернулся в Италию, а поехал в Нью-Йорк, где стал профессором физики Колумбийского университета.

Американский период жизни ферми связан с работой над получением атомной энергии. Под его руководством 2 декабря 1942 г. в Чикаго был запущен первый в мире ядерный реактор, ферми принимал активное участие в испытании атомной бомбы. 16 июня 1945 г. он был одним из тех ученых, которые рекомендовали сбросить атомные бомбы на Японию, назвав варварскую бомбардировку Хиросимы «красивой физикой». После войны он стал профессором физики Чикагского университета и сотрудником только что организованного Института ядерных проблем.

Умер ферми 29 ноября 1954 г.

Возвращаясь к 1934 г., следует отметить гипотезу о природе ядерных сил, высказанную независимо друг от друга Д. Д. Иваненко и И. Е. Таммом. В статье, опубликованной в «Nature» в 1934 г., Тамм рассмотрел ядерные взаимодействия как процесс обмена легкими частицами между нуклонами. Теория Тамма не давала количественного совпадения, однако общая идея ядерных взаимодействий, высказанная Иваненко и Таммом, сохранилась в ядерной физике. В 1935 г. Хидеки Юкава на основе этой идеи предсказал существование частиц промежуточной массы (мезонов), ответственных за ядерные взаимодействия. Частицы промежуточной массы порядка 200 электронных масс были, действительно, открыты в космических лучах Андерсоном и Нед-дермайеером в 1937 г. Однако вскоре выяснилось, что эти частицы, названные позже ju-мезонами, не имеют отношения к нуклонам. Только через 10 лет С. Пауэлл также в космических лучах нашел более тяжелые л-мезоны, порождающие и поглощающие нуклоны в процессе ядерных взаимодействий.

Открытие ядерной изомерии

В 1935 г. советские физики И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов. Л. И. Русинов, Л. В. Мысовский открыли явление ядерной изомерии для радиоактивного брома Вr80. В этом же году И. В. Курчатов работал с реакциями на медленных нейтронах. При этом была выяснена сложная зависимость поглощения нейтронов от скорости, и в частности факт резонансного поглощения нейтронов, факт резонансного поглощения нейтронов был установлен ферми. Курчатов обобщил результаты исследований по расщеплению ядра в вышедшей в 1935 г. книге «Расщепление атомного ядра».

Э. ферми, продолжая исследования радиоактивности, возбужденной нейтронной бомбардировкой, подтвердил существование ядерной изомерии, открытой Курчатовым. «Мы, — писали ферми, Амальди, Д'Агостино, Понтекорво, Сегре, — также констатировали существование третьего радиоактивного изотопа Вr с периодом около 36 ч, обнаруженного Курчатовым и др., подтвердили их опыты по р-лучам».

В работе 1936 г. «О поглощении и диффузии медленных нейтронов», написанной совместно с Э. Амальди, Э.Ферми также подтвердил открытое И. В. Курчатовым, Л. А. Арцимовичем, Л. В. Мысовским резонансное поглощение нейтронов. Закон зависимости поглощения нейтронов, согласно которому сечение захвата обратно пропорционально скорости нейтронов, нарушается в ряде случаев. Для определенных скоростей некоторые элементы особенно сильно поглощают нейтроны. Но наиболее волнующим оставался вопрос о трансурановых элементах. В работе по искусственной радиоактивности ферми писал: «Путем различных химических экспериментов Ган и Мейтнер (здесь ферми ссылается на статью О. Гана и Л. Мейтнер, опубликованную в том же, 1935 т. — П.К.) также пришли к выводу, что 13-минутная и 100-минутная активности обусловлены, по всей вероятности, трансурановыми элементами. Мы повторили некоторые из их опытов и получили те же самые результаты».

ферми придерживается высказанной концепции в нобелевской лекции 1938 г. Говоря об активных носителях, полученных из урана при бомбардировке их нейтронами, он заключает: «Мы пришли к выводу, что носителем был один или более элементов, с атомным номером большим 92. Элементы 93, 94 у себя в Риме мы назвали авсонием и гесперием соответственно. Известно, что О. Ган и Л. Мейтнер провели очень тщательное и обширное изучение продуктов распада облученного урана и сумели отыскать среди них элементы вплоть до атомного номера 96».

Речь была напечатана в Стокгольме в 1939 г., и при этом ферми пришлось сделать примечание, указывающее на необходимость пересмотра «всей проблемы трансурановых элементов» в связи с открытием Гана и Штрассмана.

Деление урана

Остановимся на истории этого открытия. Оно явилось завершением целого ряда поисков и ошибок.

Вскоре после сообщения ферми о трансурановых элементах немецкий химик Ида Ноддак опубликовала в химическом журнале статью, в которой указывала, что под воздействием нейтронов ядра распадаются на изотопы, отнюдь не являющиеся соседями бомбардирующих элементов, ферми, Ган и другие физики сочли предположение Ноддак абсурдным.

В 1936 г. вопросом о захвате нейтронов заинтересовался Бор. В опубликованной в «Nature» статье «Захват нейтрона и строение ядра» он указал, что «типичные черты ядерных реакций проявляются при столкновении с нейтронами», и отметил, что «наиболее интересные данные получены ферми и его сотрудниками по искусственной радиоактивности при бомбардировке как быстрыми нейтронами, так и тепловыми нейтронами». Анализируя эти данные, Бор пришел к выводу, что процесс ядерной реакции, обусловленный захватом нейтрона, следует разделить на две не зависящие друг от друга стадии

Первая стадия заключается в том, что захват нейтрона ядром приводит «к образованию составной системы, характеризующейся замечательной устойчивостью». Это «компаунд-ядро» находится в возбужденном состоянии, причем энергия распределяется между всеми частицами ядра и в последующем (вторая стадия.— П.К.) может освобождаться в виде гамма-излучения либо «может опять концентрироваться на какой-то частице у поверхности ядра», так что эта частица может покинуть ядро.

Самым существенным моментом в теории Бора было представление о ядре как о сложной системе. Нейтрон взаимодействует не с какой-либо отдельной частицей ядра, а отдает энергию всему коллективу частиц, образующих ядро. Теория, «опирающаяся на соответствующее применение задачи одного тела... теряет всю свою ценность» в случае захвата нейтрона ядром, «где мы с самого начала имеем дело с существенно коллективными аспектами взаимодействия между составляющими ядро частицами».

О теории Бора рассказывал на сессии физико-математического отделения Академии наук СССР в марте 1936 г. И. Е. Тамм в докладе о проблеме атомного ядра. Я. И. Френкель, выступая по докладу, говорил: «В связи с теорией Бора ясно, что сложное ядро до некоторой степени подобно твердому или жидкому телу, состоящему из большого числа частиц, сильно связанных друг с другом. Отсюда возникает весьма естественно мысль, нельзя ли рассматривать ту энергию, которую нейтрон, приставший к ядру, сообщает всей совокупности частиц, образующих его как своего рода тепловую энергию. При этом состояние системы характеризуется некоторой температурой, соответствующей этой энергии и числу частиц. Нагретое ядро имеет некоторые шансы испариться, и это испарение является той дезынтеграцией, которая воспринимается нами в виде вылетающего из ядра нейтрона или протона или альфа-частицы...».

Свои мысли Я. И. Френкель облек в статью, опубликованную в том же, 1936 г. под заглавием «О «твердой» модели тяжелых ядер». Бор согласился с этой идеей Я. И. Френкеля и в лекции «Превращение атомных ядер», прочитанной весной 1937 г. в США и в июне того же года в СССР, говорил о «температуре» ядра, которая «повышается» в результате захвата нейтрона, причем ядро «деформируется», совершая упругие колебания. Бор указывал, что испускание нейтрона ядром «представляет особенно удачную аналогию испарению жидкого или твердого тела при низких температурах», и отмечал, что «Я. И. Френкель впервые предложил применить к вероятности вылета нейтрона из составного ядра обычную формулу для испарения».

Однако ни Бор, ни Френкель не стали развивать идею о ядре как жидкой капле, они остановились на «твердой» модели. Как экспериментаторы, так и теоретики очень близко подходили к явлению деления, но, загипнотизированные всей совокупностью представлений о ядерных реакциях, не могли увидеть сути дела.

Упомянем еще об одном теоретическом результате 1938 г. Ганс Боте предложил теорию, объясняющую энергию звезд. Согласно этой теории энергия выделяется в результате синтеза ядер водорода в ядра гелия. Боте предложил углеродно-азотный цикл, приводящий в конечном счете к превращению водорода в гелий, сопровождающийся выделением значительной энергии.

В 1938 г. наступила развязка сложной ситуации, вызванной результатами, полученными ферми. Сложность ситуации объяснялась обилием радиоактивных изотопов, к тому же открытие изомерии Курчатовым еще более осложнило обстановку. Распутать цепочку продуктов, получающихся в результате бомбардировки урана нейтронами, было непросто. Ирен Кюри, работая сначала с Хальбаном, а потом с югославом Павлом Савичем, получила радиоактивное вещество с периодом полураспада 3,5 ч, напоминающее торий. Ган, проверяя этот результат, показал, что продукт, который Кюри и Савич потом стали называть R (3,5 ч), не может быть торием. Ирен Кюри и Савич согласились с выводом Гана и, продолжая исследования, показали, что R (3,5 ч) по свойствам напоминает актиний и еще больше лантан. Они констатировали, что продукт R (3,5 ч) выделяется вместе с лантаном: «В целом свойства R (3,5 ч) такие же, как свойства лантана». Но лантан не радиоактивен, и они полагали, что активный продукт можно отделить от лантана. Заметка об опытах И. Кюри и П. Савича была опубликована летом 1938 г.

Ган в то время работал вместе со Штрассманом, так как Л. Мейтнер эмигрировала после захвата Австрии Гитлером в Стокгольм. Прочитав статьи Кюри и Савич, Ган был поражен, он подумал, что Кюри и Савич совершенно запутались, и решил тщательно проверить их опыты. Ган рассуждал так: если R (3,5 ч) — аналог лантана, то его материнский продукт должен походить на радий, аналогичный барию. Наблюдаемый Ганом и Штрассманом мнимый радий, действительно, обладал всеми свойствами радия. 20 декабря 1938 г. в результате многих опытов по идентификации нового элемента они установили окончательно, что в числе продуктов бомбардировки, несомненно, имеется барий. «Как химики, — писали они в своем сообщении, — мы должны из этих кратко описанных опытов существенно изменить приведенную выше схему и вместо символов Ra, Ac, Th вставить символы Ва, La, Се. Как «ядерные химики», тесно связанные с физикой, мы не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем предыдущим экспериментам».

Статья Гана и Штрассмана была опубликована в январе 1939 г. под заглавием «О доказательстве возникновения щелочноземельных металлов при облучении урана нейтронами и их свойствах». Но еще до публикации статьи Ган прислал Мейтнер письмо с изложением своих результатов. К Мейтнер в это время на рождественские каникулы приехал ее племянник Отто Фриш, работавший у Бора. Мейтнер показала ему письмо Гана и на скептическое отношение фриша к содержанию письма сказала, что дело очень важное и необходимо объяснить получение бария из урана. Во время лыжной прогулки они решили задачу: ядро делится на осколки, приобретающие под действием электростатического отталкивания энергию около 200 МэВ, что как раз составляло энергию, связанную с дефектом массы.

Вернувшись в Копенгаген, фриш сообщил об этой интерпретации открытия Гана и Штрассмана Бору, уезжавшему в Америку. «Я помню, как он хлопнул себя по лбу, едва я начал говорить, и воскликнул: «О какие мы были дураки! Мы должны были заметить это раньше».

Фриш провел соответствующий эксперимент с ионизационной камерой, «с помощью которой можно было без труда наблюдать большие импульсы, возникающие от ионизации, производимой осколками деления».

16 января фриш и Мейтнер опубликовали статью, в которой, в частности, был впервые употреблен термин «деление», подсказанный Фришу американским биологом Арнольдом.

26 января 1939 г. в Вашингтоне на конференции по теоретической физике Бор сообщил об открытии деления урана. Не дожидаясь конца доклада, физики один за другим стали покидать заседание, чтобы проверить сообщение в своих лабораториях. Изучение деления проводил ф. Жолио. 30 января 1939 г. он сообщил Парижской Академии наук об экспериментальном доказательстве расщепления ядер урана и тория под действием нейтронов. 20 февраля 1939 г. он продемонстрировал деление ядер урана (Жолио говорил о «взрыве») методом камеры Вильсона, получив фотографию деления. 8 марта того же года Жолио совместно с Хальбоном и Коварским опубликовал в «Nature» заметку, в которой сообщал об испускании нейтронов при ядерном взрыве урана. «Несомненно, — писали они, — что наблюдаемое явление представляет интерес с точки зрения осуществления экзоэнергетических цепных реакций». В напечатанной 7 февраля статье

«Резонансные явления в расщеплении урана и тория» Бор указал, что эффект деления связан с захватом нейтрона ядром «редкого изотопа урана-235».

В апреле 1939 г. Я. И. Френкель выступил со статьей, в которой деление тяжелых ядер U, Th при захвате нейтрона объяснил как «следствие капиллярной неустойчивости жидкой капли, обладающей большим электрическим зарядом».

28 июля 1940 г. Н. Бор и Дж. Уиллер представили статью «Механизм деления ядер», в которой было дано «объяснение механизма деления ядра на основе модели ядра как жидкой капли». Модель жидкой капли, которая могла бы предсказать деление ядер, начала активно «работать» при объяснении механизма деления. Бор и Уиллер показали, что под действием медленных нейтронов делятся изотопы урана-235 и что нейтроны, наблюдаемые при делении, «не могут возникать в самом процессе деления». «Запаздывающее излучение нейтронов действительно является результатом ядерного возбуждения, которое сопровождает бета-распад нейтронов».

Осуществление цепной реакции деления ядер.


Теперь встал со всей силой вопрос о цепной реакции деления и о возможности получения разрушительной взрывной энергии деления. Этот вопрос роковым образом переплелся с мировой войной, развязанной фашистской Германией 1 сентября 1939 г. Напуганный возможностью получения гитлеровцами в свое распоряжение оружия огромной разрушительной силы, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором предупреждал его об этой опасности и рекомендовал начать работу по атомной энергии.

История создания атомной бомбы в США неоднократно описывалась. Мы уже писали, что первый ядерный реактор был запущен 2 декабря 1942 г. в Чикаго под руководством Энрико Ферми. Атомная бомба была создана группой ученых из всех стран мира, работавших в Лос-Анджелесе под руководством Роберта Оппенгеймера. Испытание было проведено 16 июля 1945 г. в пустынной местности в Нью-Мексико.

В Советском Союзе работы над получением атомной энергии начались в разгар Великой Отечественной войны, «когда, — как писал И. В. Курчатов, — родная земля была залита кровью, когда разрушались и горели наши города и села, когда не было никого, кто не испытывал бы чувства глубочайшей скорби из-за гибели близких и родных людей».

В этой тяжелой обстановке советские ученые совершили подвиг и «добились выдающихся успехов в деле создания атомного и водородного оружия». Руководителем и главным в этом подвиге был трижды Герой Социалистического Труда академик Игорь Васильевич Курчатов.

И. В. Курчатов. Курчатов родился 12 января 1903 г. в поселке Сим, на Южном Урале (Симский завод), в семье помощника лесничего В. А. Курчатова. К моменту поступления Игоря в гимназию семья переехала в Симбирск, где Игорь и начал гимназическую учебу. Однако вскоре из-за болезни старшей дочери Курчатовы переехали в Симферополь. В трудные годы империалистической и гражданской войн пришлось учиться Игорю. Крым захватывали немецкие оккупанты, войска Антанты, белогвардейцы всех мастей. Игорь Курчатов окончил гимназию весной 1920 г. и поступил в Таврический университет. В ноябре 1920 г. в Крыму установилась Советская власть.

Учиться было нелегко. Голод и разруха давали себя знать. Курчатов не гнушался никакой работы, чтобы поддержать существование. Он был чернорабочим, воспитателем детского дома, диспетчером автоколонны, сторожем кинотеатра.

В 1923 г. Курчатов досрочно окончил университет и решил продолжить образование в Петрограде в Политехническом институте. Здесь он поступил на 3-й курс кораблестроительного факультета. Материальное положение питерского студента было трудное, и Курчатов устроился на работу в магнитно-метеорологическую обсерваторию города Слуцка (Павловска). Здесь начался научный путь будущего ученого. Его статья «К вопросу о радиоактивности снега» была опубликована в 1924 г.

Учеба в Политехническом институте оборвалась в том же, 1924 г. По предложению старшего физика обсерватории Н. Н. Калитина Курчатов поехал с ним в экспедицию в Феодосию в Гидрометеорологический центр. Кроме выполнения обычных функций наблюдателя, И. В. Курчатов проводил и исследовательскую работу. Он опубликовал результаты исследований в статьях «Опыт применения гармонического анализа к исследованию приливов и отливов Черного моря» и «Сейши в Черном и Азовском морях».

Осенью 1924 г. Курчатов приехал в Баку, куда его пригласил на должность ассистента его учитель по Таврическому университету С. Н. Усатый. Здесь же работал и друг Курчатова по университету К. Д. Синельников, сестра которого, Марина Дмитриевна, позднее стала женой Игоря Васильевича.

В Баку И. В. Курчатов опубликовал работу по электролизу твердого тела. Он ощутил в себе призвание физика и решил поработать в большой физике. Центром современной физики в те годы был Ленинградский физико-технический институт, организованный А. ф. Иоффе. Туда уехал из Баку К. Д. Синельников, туда же поехал и Курчатов. 1 сентября 1925 г. он был зачислен сотрудником физико-технического института.

Одной из первых публикаций бакинских физиков в Ленинграде была статья И. В. Курчатова и К. Д. Синельникова «К вопросу о прохождении медленных электронов через металлические фольги».

Вскоре Курчатов вместе с Синельниковым и П. П. Кобеко углубился в изучение свойств диэлектриков. Интерес к свойствам изоляторов диктовался потребностями электротехнической промышленности, игравшей важную роль в реализации Ленинского плана ГОЭЛРО. Волховстрой, начатый еще при жизни В. И. Ленина, привлек к себе внимание всей страны. А. ф. Иоффе был увлечен идеей создания сверхпрочных тонкослойных изоляторов. В своем выступлении на V съезде русских физиков, состоявшемся в декабре 1926 г. в Москве, он показал вынутые им из кармана пластинки, способные выдержать электрические поля с напряженностью до 150•106 В/см. Этой идеей увлекся и Курчатов. Однако А. П. Александров доказал, что в измерения электрической прочности изоляторов, выполненных Курчатовым и его коллегами, вкралась ошибка, нарастающая с уменьшением толщины слоя. Идея тонкослойных изоляторов оказалась несостоятельной.

Неудача не обескуражила Курчатова. Он продолжал работать с диэлектриками, исследуя высоковольтную поляризацию в кристаллах сегнетовой соли. Тщательно изучая причины разногласий в изучении этого диэлектрика и источники возможных ошибок, И. В. Курчатов разработал новую методику подведения напряжения к кристаллу. В качестве подводящих электродов Курчатов и Кобеко использовали насыщенный раствор сегнетовой соли. Результаты оказались согласующимися между собой и необычными. При напряженности поля 200 В/см значение диэлектрической проницаемости кристалла оказалось равным 9300 при комнатной температуре. Так был открыт новый класс диэлектриков, названный И. В. Курчатовым сегнетоэлектриками. По своим электрическим свойствам сег-нетоэлектрики оказались полным аналогом ферромагнетиков. Цикл многолетних исследований этого явления завершился опубликованной в 1933 г. монографией «Сегнетоэлектрики».


И. В. Курчатов открыл большую и важную для науки и техники область физического исследования. С ним вместе работали его брат Борис Васильевич Курчатов и другие ученые. Он мог бы до конца жизни работать в этой области. Но он решил иначе. 1932 год — «год чудес» — выдвинул на первое место физику ядра. В Физико-техническом институте в ноябре 1932 г. был создан ядерный семинар. Его организаторами были А. И. Алиханов, Д. Д. Иваненко, И. В. Курчатов, Д. В. Скобельцын. С этого времени интересы И. В. Курчатова сосредоточились на ядерной физике. Он был активным участником семинара, председателем Оргкомитета Первой Всесоюзной конференции по атомному ядру, состоявшейся в Ленинграде 24—30 сентября 1933 г. Об этой конференции неоднократно приходилось упоминать.

Следует отметить, что в 1932 г. положение ядерной физики в СССР было незавидным. Правда, еще до революции в России начались работы по радиоактивности, по преимуществу в связи с геофизикой и геохимией. Особенно важное значение имели исследования Владимира Ивановича Вернадского (1863—1945), который начиная с 1910 г. исследовал в России месторождения радия и урана, проводил первые радиохимические исследования радия и урана, применил радиоактивный метод к исследованию возраста земных пород. В. И. Вернадский горячо верил в будущее атомной энергии и еще в 1922 г. предупреждал ученых об ответственности в связи с этим открытием. Он писал: «Мы подходим к важному перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им раньше пережитое. Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет.. Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий. Они должны связать свою работу с мировой организацией всего человечества». В том же, 1922 г. В. И. Вернадский организовал в Петрограде Радиевый институт, директором которого он был до 1939 г. В этом институте работал и крупный советский радиохимик академик Виталий Григорьевич Хлопин (1890-1950), организовавший в 1918—1921 гг. первый русский радиевый завод.

Из физиков следует упомянуть сподвижника Столетова профессора Московского университета А. П. Соколова (1854—1928), создавшего в Московском университете практикум по радиоактивности. При организации этого практикума А. П. Соколов ездил в Париж к М. Кюри, а его ученик К. П. Яковлев — в Манчестер к Резерфорду. В 1912—1913 гг. в Московском университете начал работать специальный практикум по радиоактивности.

А. П. Соколов организовал радиоактивную лабораторию, имевшую два отделения — физическое и химическое. Сам А. П. Соколов проводил исследования радиоактивности воздуха, минеральных вод, лечебных грязей, источников и почв.

Таким образом, Советская Россия располагала известными кадрами для работы в области радиоактивности Были установлены контакты с такими научными центрами, как Институт радия в Париже, Кавендишская лаборатория в Кембридже. Были проведены еще до революции обширные радиологические исследования, в том числе и исследования залегания радиоактивных руд. После революции радиологические исследования развернулись в рентгенорадиологическом отделении Рентгеновского физико-технического института, пока в 1921 г. не был организован Радиевый институт.

Большую известность получили исследования Л. В. Мысовского по космическим лучам. Л. В. Мысовский и П. И. Чижов разработали метод толстослойных пластин для исследования а-частиц (1926). Л. В. Мысовский был одним из пионеров ядерной физики СССР.

Мы упоминали также и Д. В. Скобельцына, который применил метод камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, для анализа электронов отдачи при эффекте Комптона (1927). Обнаружив следы электронов большой энергии, не отклоняемых полем, Скобельцын приписал их космическим 7гучам и в 1929 г. получил первую фотографию ливней космических частиц, на которой был зафиксирован и позитрон. Однако магнитное поле, применявшееся Скобельцыным, было слишком слабым, чтобы можно было достоверно идентифицировать частицу. На Первой Всесоюзной конференции по атомному ядру Д. В. Скобельцын рассказал о своих работах по исследованию космических лучей методом камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле.

Но в целом ядерная физика в СССР до 1932 г. находилась в зачаточном состоянии. Приход И. В. Курчатова в ядерную физику стимулировал оживление работы этой отрасли физики. Начали строиться высоковольтные ускорители заряженных частиц.

Такие ускорители были построены в Украинском физико-техническом институте в Харькове А. К. Вальтером и К.Д.Синельниковым. На этих ускорителях были осуществлены первые реакции по расщеплению ядер. И. В. Курчатов руководил созданием ускорителя в Ленинградском физико-техническом институте, но также поддерживал тесную связь с харьковской группой. В своей последней статье, опубликованной в «Правде» незадолго до смерти, Курчатов писал: «В начале тридцатых годов мне довелось быть у истоков зарождавшейся атомной физики на Украине. В то время я часто приезжал в молодой физико-технический институт, созданный в Харькове по решению правительства в октябре 1928 г., и работал в нем со своими старыми друзьями К. Д. Синельниковым, А. К. Вальтером и А. И. Лейпунским, вместе с которыми начинал свою научную деятельность в Ленинграде...

В Харькове с К. Д. Синельниковым мы работали над созданием новых высоковольтных установок, ускоряющих заряженные частицы, для исследования атомного ядра. С А. К. Вальтером мы разрабатывали импульсные и электростатические ускорители для исследования атомных ядер... С А. И. Лейпунским были проведены исследования атомных ядер при помощи нейтронов, незадолго до этого открытых англичанином Чедвиком».

И. В. Курчатов работает не только в ЛФТИ и УФТИ, он ведет педагогическую и научную работу по ядерной физике в Ленинградском педагогическом институте им. М. И. Покровского, где он был профессором. Он как будто хочет зажечь огонь ядерной физики в разных точках страны.

В 1935 г. было сделано фундаментальное открытие в физике ядер. Облучая нейтронами два изотопа брома Вг74 и Вг81, И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. П. Русинов и Л. В. Мысовский получили не два радиоактивных продукта, как ожидалось, а три с периодами 18 мин, 4,4 и 34 ч. Так было открыто существование у брома двух изомерных ядер.

Открытие ядерной изомерии привлекло внимание зарубежных исследователей. Молодая советская ядерная физика внесла существенный вклад в эту бурно развивающуюся отрасль знания

В 1935 г. вышла книга И. В. Курчатова «Расщепление атомного ядра», где он в доступной форме дал обзор опытов по расщеплению ядер.

20-26 сентября 1937 г. в Москве состоялась Вторая Всесоюзная конференция по атомному ядру. За четыре года, прошедшие со времени первой конференции, было сделано очень много.

Открытие искусственной радиоактивности и ядерных превращений под действием нейтронов необычайно стимулировало развитие ядерных исследований. На конференции присутствовали В. Паули, известный французский исследователь космических лучей Оже, английские ученые Вильяме и Пайтерлс.

К.Д.Синельников доложил о построенном в Харькове ускорителе Ван-де-Граафа. Диаметр шаров ускорителя составлял 10 м, длина ускорительной трубки была 15 м, давление газа в ней достигало 4 • 10~6 мм рт. ст. Энергия протонов, сообщенная ускорителем, достигала 2,5 МэВ.

В. П. Рукавишников рассказал о создании в Радиевом институте циклотрона. Работа над созданием циклотрона была очень нелегкой. В 1937 г. был получен первый пучок ускоренных протонов, но работа по наладке ускорителя продолжалась и в 1938 и в 1939 гг.

И. В. Курчатов отдал созданию циклотрона много времени и сил. Он хорошо понимал необходимость создания в СССР технической базы ядерной физики и уделял этому делу огромное внимание.

На конференции И. В. Курчатов рассказал об опытах по поглощению медленных нейтронов и найденном им и его сотрудниками селективном резонансном поглощении нейтронов.

За второй конференцией последовали совещания по атомному ядру. Они проводились в 1938, 1939 и 1940 гг. И. В. Курчатов был непременным организатором и участником совещаний. Ведущей темой совещаний 1939— 1940 гг. было деление ядра. На совещании 1939 г. с докладом на эту тему выступили сотрудники И. В. Курчатова. Обзорный доклад «Деление урана» сделал А. И. Лейпунский. В докладе он подчеркнул возможность осуществления цепной реакции. «Медленный нейтрон, — говорил Лейпунский, — захватывается ядром урана, ядро делится с испусканием огромного количества энергии, при этом испускаются нейтроны, которые замедляются в водород-содержащей среде; став медленными, они опять поглощаются ядрами урана, вызывая их деление с испусканием нейтронов, и т. д. ...Ясно, что если такой процесс может быть осуществлен, становится возможным практическое использование деления урана».

Н. А. Перфилов из Радиевого института доложил о наблюдении треков ядер отдачи при ядерном распаде. Ученик И. В. Курчатова К. А. Петржак выступил с докладом на тему «Пробеги и энергии осколков при делении урана быстрыми нейтронами». Для наблюдения процесса деления урана в этой работе применялась ионизационная камера, соединенная с линейным ускорителем. Наблюдались в основном два типа осколков с энергиями 60 и 85 МэВ.

В. Г. Хлопин сделал доклад о химической природе продуктов деления урана.

Сотрудники И. В. Курчатова Л. И Русинов и Г. Н. флеров рассказали об опытах по делению урана.

Курчатов выступил с докладом о результатах опытов, в которых нейтроны, получаемые на циклотроне Радиевого института, бомбардировали ядра гадолиния. Открытая И. В. Курчатовым ядерная изомерия показала «наличие метастабильных состояний атомного ядра». При этом ядро, возбужденное до метастабильного уровня, «чаще всего переходит в основное состояние, излучая электроны внутренней конверсии». Опыты с гадолинием, как указывал Курчатов, «дают основание думать, что сильно поглощающий медленные нейтроны гадолиний, который не дает при этом искусственной радиоактивности, обладает метастабильным уровнем с энергией порядка кеV».

На совещании по физике атомного ядра, состоявшемся в Москве 20—26 ноября 1940 г., ученик И. В. Курчатова Г. Н. флеров сделал доклад об открытом им и К. А. Петржаком самопроизвольном делении урана. Об этом фундаментальном открытии советской ядерной физики говорил в своем докладе и И. В. Курчатов.

И. В. Курчатов обсуждал конкретные пути осуществления цепной реакции. Он ссылался на теоретические расчеты Я. Г. Зельдовича и Ю. Б. Хари-тона и указывал, что наиболее надежный путь заключается в обогащении урановой смеси легкими изотопами урана-235. Здесь трудность состояла в проблеме разделения изотопов, которая, как полагал И. В. Курчатов, ввиду ее важности будет решена. И. В. Курчатов не испугался трудностей, стоящих на пути овладения внутриядерной энергией, он энергично взялся за решение задачи. Его окружали молодые энтузиасты, разделявшие веру своего руководителя. К Л. И. Русинову, Г. Н. флерову, К. А. Петржаку присоединился И. С. Панасюк, начавший работать в лаборатории И. В. Курчатова, будучи еще студентом Политехнического института.

Курчатов работал также и над созданием нового мощного циклотрона с диаметром полюсов электромагнита 1,2 м. Новый циклотрон должен был вступить в строй 1 января 1942 г.

Но планы И. В. Курчатова сорвала война. Сам Курчатов, Флеров, Петржак и Панасюк — все были призваны в армию. И. В. Курчатов работал над проблемой противоминной защиты кораблей Советского Военно-Морского флота. Ему пришлось работать в боевых условиях Черноморского флота в героическом Севастополе. В ноябре 1941 г. группа Курчатова перебазировалась на Кавказское побережье, с большим риском прорвавшись из блокированного Севастополя. В декабре 1941 г. И. В. Курчатов был откомандирован в Казань, где размещался физико-технический институт, работавший над военными заданиями. Поздней осенью 1942 г. Курчатова вызвали в Москву. Туда же вызвали и А. И. Алиханова. Было решено начать работы по атомной энергии. В декабре Курчатов вернулся в Казань, полный мыслей о предстоящем большом деле. В начале января 1943 г. его вновь вызвали в Москву. Народный комиссариат Военно-Морского флота добился разрешения на командировку Курчатова в Мурманск. Это была его последняя работа для флота, на этот раз северного.

5 марта 1943 г. он вернулся в Москву, где энергично взялся за организацию работы над разрешением атомной проблемы. Работа была громадная, надо было собрать людей, установить необходимые контакты с промышленностью, наметить первоочередные задачи и т. д. Выдающийся организаторский талант И. В. Курчатова помог ему справиться с колоссальной задачей при всесторонней поддержке партии и правительства.

25 декабря 1946 г. на территории Института атомной энергии, ныне носящего имя своего основателя, впервые на континенте Европы и Азии была осуществлена цепная реакция деления урана. То, к чему стремился И. В. Курчатов еще до войны, было осуществлено. В августе 1949 г. под руководством И. В. Курчатова было произведено испытание советской атомной бомбы. Через четыре года, 8 августа 1953 г., ТАСС сообщило о создании в СССР водородной бомбы 12 августа 1953 г. водородная бомба была испытана.

Обеспечив безопасность Родины созданием атомного и водородного оружия, И. В. Курчатов стал напряженно трудиться над применением атомной энергии в мирных целях. Под его руководством разрабатывался проект первой в мире атомной электростанции в Обнинске, начавшей свою работу 27 июня 1954 г.

В июле 1955 г. в Москве состоялась сессия Академии наук СССР. На ней было рассказано о работах, ведущихся по ядерной физике в Советском Союзе. В августе того же года в Женеве проходила Первая Международная конференция по мирному использованию атомной энергии. С докладом о первой в мире атомной электростанции выступил один из ее создателей, член-корреспондент Академии наук СССР Дмитрий Иванович Блохинцев.

В апреле 1956 г. в Англию в составе правительственной делегации поехал И. В. Курчатов. Он был в атомном центре в Херуэлле, где его встретил директор атомного центра Нобелевский лауреат Джон Кокрофт. И. В. Курчатов выступил в Херуэлле с лекцией, в которой рассказал о работах по управляемым термоядерным реакциям, ведущимся в СССР.

Эта проблема глубоко интересовала Игоря Васильевича. По возвращении из Англии он выступил 10 мая 1956 г. в «Правде» со статьей, в которой говорил о важности задачи управления термоядерным синтезом. «Решение этой задачи, — писал Курчатов, — навсегда сняло бы с человечества заботу о запасах энергии, необходимой для существования на Земле». Этой проблеме посвятил И. В. Курчатов свои силы и энергию в последние годы жизни.

Напряженный труд надломил здоровье Игоря Васильевича. В ноябре 1957 г. он перенес инсульт. Но после тяжелой болезни не прекращал своего труда.

В январе 1960 г. он побывал у своих старых друзей: К. Д. Синельникова, А. К. Вальтера, А. И. Лейпунского — в Харькове. О своих впечатлениях о работе украинских атомщиков он написал статью, опубликованную в «Правде». Это была последняя публикация ученого. 7 февраля 1960 г. он скоропостижно скончался.

«Я счастлив, — говорил И. В. Курчатов на сессии Верховного Совета СССР 15 января 1960 г.,— что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке великой Страны Советов...

Я глубоко верю и твердо знаю, что наш народ, наше правительство только благу человечества отдадут достижения этой науки».

Эти слова прекрасно характеризуют основоположника советской атомной науки и техники, горячего патриота своей Родины Игоря Васильевича Курчатова.

Заключение
Вторая мировая война принесла человечеству неисчислимые бедствия. Десятки миллионов жизней, тысячи разрушенных городов и сел, сотни миллионов искалеченных людей, вдов и сирот —таков итог этой разрушительной войны.

Но за ней встал грозный призрак новой, еще более чудовищной и ужасной атомной войны. Сотни тысяч людей, погибших при атомной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, показали миру, что несет людям атомная война. Перед прогрессивными людьми мира встала задача борьбы с войной, борьбы за мир. И лучшие люди атомной науки включились в эту борьбу. Таким борцом за мир был создатель первого французского атомного реактора Фредерик Жолио-Кюри, таким горячим сторонником мира был и И В. Курчатов, гражданин Страны Советов, стоящей в авангарде борьбы за мир.

Вторая мировая война родила ракеты, радиолокаторы, атомную бомбу. Достижения военной науки и техники определили основные направления нь чно-технического прогресса, приведшего к подлинной научно-технической революции. Однако корни этих основных достижений лежали глубоко в довоенной науке и технике.

Еще до революции гениальный самоучка, калужский учитель К. Э. Циолковский начал интенсивно работать над проблемами космонавтики.

В 1883 г. он разработал принцип полета в свободное пространство с помощью реакции газовой струи, вылетающей из отверстия. В 1897 г. К. Э. Циолковский вывел знаменитую формулу, определяющую скорость полета ракеты по отношению полной массы к массе выгоревшего топлива. Опубликованная в 1903 г. работа Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами» содержала первую теорию космического полета с помощью ракет. Циолковский первым в мире разработал проект жидкостного реактивного двигателя.

В 1926 г. К. Э. Циолковский выдвинул идею двухступенчатой ракеты, а в 1929 г. в брошюре «Космические ракетные поезда» разработал проект многоступенчатых ракет. К. Э. Циолковский подробно обосновал теорию космических межпланетных полетов. Он разрабатывал проекты обитаемых спутников и межпланетных станций, всесторонне обсуждая проблемы жизнеобеспечения в длительных космических полетах. К. Э. Циолковский стал зачинателем космической эры.

Его идеи вдохновляли изобретателей, ученых и инженеров, разрабатывавших коне грукции ракет в довоенные и военные годы

Широкое применение ракет в военные годы подготовило почву для бурного развития ракетной техники после войны. Космическую эру открыл Советский Союз. Под руководством Главного конструктора, дважды Героя Социалистического Труда академика Сергея Павловича Королева (1906—1966) 4 октября 1958 г. в Советском Союзе был запущен первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 г. советский гражданин Юрий Алексеевич Гагарин на корабле «Восток» совершил первый в мире космический полет. Началась эпоха освоения космоса, человек вышел за пределы Земли.

Атомная энергия и космические полеты были бы невозможны без первоклассной электроники и автоматики. Противовоздушная оборона потребовала новых методов локаций скоростных самолетов и новых методов управления зенитным огнем. Так родилась радиолокация, в которой впервые были применены счетно-решающие устройства.

Один из основоположников кибернетики — Норберт Винер (1894—1964), рассказывая в своей книге «Кибернетика» историю возникновения новой науки, писал: «Уже до войны стало ясно, что возрастающая скорость самолетов опрокинула классические методы управления огнем и что необходимо встроить в методы управления огнем вычислительные устройства, обеспечивающие расчеты для выстрела. Эти вычислительные устройства оказались очень сложными вследствие того обстоятельства, что, в отличие от других целей, самолет имеет скорость, сравнимую со скоростью зенитного снаряда».

В этих условиях оказалось невозможным игнорировать поведение людей как управляющих зенитным огнем, так и управляющих самолетом. «Люди... действуют в качестве неотъемлемой части системы управления огнем», —писал Винер. «Чтобы математически описать их участие в работе управляемой ими машины, необходимо знать их характеристики. Кроме того, их цель — самолет — также управляется человеком, и желательно знать рабочие характеристики такой цели».

Винер и его сотрудники пришли к заключению, что очень важным фактором в сознательной деятельности служит явление, которое в технике получило название обратная связь.

По принципу обратной связи работали маятниковые часы Гюйгенса и все последующие типы часов с маятником. По принципу обратной связи работал центробежный регулятор Уатта и все последующие регуляторы числа оборотов тепловых машин. По принципу обратной связи работал катодный генератор незатухающих колебаний Мей-снера и все последующие типы электронных генераторов колебаний. Теперь этот принцип открыли и в поведении человека. Так родилась новая эра автоматики — вместе с автоматизацией производства автоматизируется и управление. Наступила эпоха развития автоматики.

Автоматика —древнейшая отрасль техники. Когда первобытный человек вырывал яму на пути зверя и замаскировывал ее ветками, он создавал первое программирующее устройство. Автоматы Герона Александрийского показывали, какой изощренной могла быть автоматическая техника в эпоху рабовладельческого общества и низкого уровня естественнонаучных знаний. Эта техника работала и в средние века, обслуживая властителей и церковь. Автоматика стала служить человеку не в качестве чудесной игрушки, а для насущной потребности точного измерения времени в эпоху создания маятниковых часов. Эти часы нужны были мореплавателям и астрономам, они нужны были все большему и большему кругу лиц, вовлеченных в ритм общественной жизни.

Часы были созданы на основе достижения нового естествознания: математики и механики. Но, как и у Герона, они стали основой автоматических игрушек, получивших широкое распространение в XVIII в. Создавались игрушки, имитирующие поведение живых существ. Новая механика рассматривала живое существо как машину, работающую на принципах механики. Многие мастера работали над идеей создания автомата-человека и вечного двигателя. Этим идеям не суждено было осуществиться. Но они родились и питались научно-технической революцией XVIII в., положившей начало капиталистической индустриализации.

Ко второй половине XX в. на основе успехов математики, физики, электроники возникла новая автоматика и подобно человекообразным машинам XVIII в. появились человекообразные роботы, заполнившие страницы фантастической литературы. Вновь возникла проблема искусственного создания мыслящей машины-робота.

По всей вероятности, эту идею ждет участь, аналогичная ее предшественнице в XVIII в. Поток изобретений вечно-ного двигателя породил принцип невозможности вечного двигателя первого рода.

Сегодня обстановка сложнее. Кибернетические машины выполняют полезную работу. Автоматические межпланетные станции, автоматизация процессов в недоступных для человека условиях —все это стало возможным на основе «умных машин», решающих все более и более сложные задачи. Однако за каждой такой машиной стоит человек, ее создатель, ее программист. Век «бесчеловечной» автоматики, к счастью для людей, только вымысел фантастов и чрезмерно увлеченных ученых. Новая автоматика решает другие, более важные задачи. Современная автоматика призвана служить людям прежде всего в сфере создания материальных ценностей, в сфере планирования и управления, во всей системе народного хозяйства. Об этом говорят Директивы XXIV-XXVI съездов КПСС.

Таким образом, развитие математики, физики, электроники привело к . широкому развитию автоматики, являющейся одним из основных компонентов научно-технической революции второй половины XX в. Ход этой революции показывает, что наука становится могучей производительной силой общества.

Развитие электроники, возникновение ядерной энергетики, создание новых материалов со специфическими свойствами, искусственных тканей и заменителей кожи, широкое внедрение химии, достижения биологической науки, применение математических методов в экономике — все это показывает значение науки как производительной силы. Сегодня наука — важнейший элемент технического прогресса, она указывает пути развития техники, открывает новые области технических применений. Поучительна в этом отношении история возникновения квантовой электроники. В(этой истории тесно переплелись научные идеи и технические достижения.

В 1916 г. Эйнштейн ввел идею индуцированного излучения. В 1920 г. О. Штерн ввел в экспериментальную физику метод молекулярных пучков.

В годы второй мировой войны получила широкое развитие в связи с проблемами радиолокации техника сверхвысоких радиочастот. Объединение научных идей с широким использованием волн сверхвысокочастотного диапазона и привело к созданию квантовой электроники. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров разработали молекулярный генератор высокоустойчивых электромагнитных колебаний, ставший точными часами. В 1951 г. был создан усилитель высокой частоты, основанный на принципе индуцированного излучения, названный в американской литературе мазер.

Позже был создан квантовый генератор и усилитель в оптическом диапазоне (лазер). Основатели квантовой электроники Николай Геннадьевич Басов, Александр Михайлович Прохоров (СССР), Чарлз Таунс (США) были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии. Открытие квантовых генераторов и усилителей внесло в технику совершенно новые идеи, применимые в самых различных областях. Лазеры дали технике сверхточные часы, ошибка в ходе которых составляет всего 1 мин за 300 000 лет хода. Они дали усилители, в сотни раз превышающие чувствительность самых чувствительных радиоусилителей. Лазерный луч просверливает отверстия в таких твердых телах, как алмаз, делает тонкие хирургические операции. С помощью лазеров ведутся исследования по осуществлению управляемого термоядерного синтеза—одной из фундаментальнейших проблем физики XX в.

С помощью лазеров осуществляется сверхдальняя космическая связь. Она позволяет с огромной точностью измерять расстояния. Лазеры получили широкое применение в фотографии. Благодаря им осуществлена совершенно новая объемная фотография — голография .

«Свет лазера, — говорил один из изобретателей лазера Ч Таунс,— прошедший через голографический снимок, дает реальное трехмерное изображение с изобилием деталей и замечательной глубиной фокуса».

Так научные задачи — изучение молекулярных пучков электромагнитными волнами сверхвысоких частот — привели в своем развитии поистине к революционным техническим приложениям. Наука указала технике новые пути и открыла новые технические возможности.

Но не только расширение технических возможностей характеризует науку нашего времени. Она существенно влияет на духовную сферу человека — по-новому формирует мышление и мировоззрение людей. Проникновение в глубь материи, открытие новых элементарных частиц и античастиц, открытие квазаров и пульсаров, новое понимание пространства, времени, причинно-следственных связей —все это расширило наше понимание мира, в необычайной степени обогатило наш язык, наше мышление. Наука оказывает неоспоримое влияние на литературу и искусство, обогащая их новыми темами, новым содержанием.

Но за всеми этими поразительными достижениями науки скрывается и глубокий тревожный вопрос: куда идет наука? Что несет она людям в будущем? Вопрос далеко не праздный, физика, химия, биология создали средства разрушения и уничтожения огромной мощи, достаточной, чтобы уничтожить все живое на Земле. Вопросы мира и социального прогресса стали насущными вопросами современности.

Наука прошла большой и сложный путь развития от египетских и вавилонских памятников до атомных электростанций, лазеров и космических полетов. Она знала мрачные времена упадка и застоя, сменявшиеся подъемом и быстрым развитием. Ее непрерывное развитие по восходящей линии началось сравнительно недавно, с Коперника и Галилея. И на этом коротком отрезке пути смелые надежды не раз сменялись разочарованиями и сомнениями. Но разум неизменно побеждал и вел вперед. Сейчас, в период острой борьбы за светлое будущее человечества, за мир и социализм, прогрессивные силы общества уверенно смотрят в будущее, твердо верят в победу разума и света над одичанием и тьмой.

Материал истории физики огромен, но будущему учителю знание его необходимо. На лекциях весь этот материл изложить невозможно, поэтому студентам придется прибегать к самостоятельной работе.

Для истории физики менее всего подходит метод заучивания. Здесь важно составить общую картину развития физической науки, добиться понимания отличия основных этапов этого развития друг от друга, выделить основных ученых, наиболее полно выразивших идеи и достижения своего времени. Поэтому в процессе самостоятельной работы полезно прочитать сначала соответствующую главу целиком. Затем приступить к составлению сжатого конспекта, отнюдь не переписывая текста учебника, а ограничившись перечислением основных фактов и имен. Например, в главе о науке древности достаточно ограничиться именами фалеса, Пифагора, Демокрита, Аристотеля, Эпикура, Евклида, Архимеда, Лукреция, Птолемея. Полезно сверяться со школьным учебником физики. На те имена и факты, которые встречаются в нем, следует обратить особое внимание.

Обязательно намечайте хронологические рамки каждого этапа, постарайтесь представить физическую науку во времени. Ознакомьтесь со списком дополнительной литературы, обратив особое внимание на труды классиков науки. Очень полезно в конце каждого периода привести труды ученых этого времени, изданные в русских переводах.

Учитесь грамотно оформлять библиографию: приведите точно написание имени автора, название труда, фамилию переводчика и редактора (в списке литературы эти данные не всегда указаны, постарайтесь их восполнить сами), далее приведите место издания и, наконец, год издания. Так вы овладеете одним из важных навыков научной работы — работы с литературой.