анном 21 декабря 1938 года.
Оба радиохимика спешно подготовили текст статьи. Они отправили статью 22 декабря, а журнал "Натурвиссеншафтен" опубликовал ее в первом выпуске нового года, 6 января 1939 года: "Об обнаружении и поведении щелочноземельных металлов, образующихся при облучении урана нейтронами". В этой исторической работе Отто Хан и Фриц Штрасман описывают, как им удалось химически обнаружить раскол тяжелого ядра урана, позднее названный делением ядра. Лиза Мейтнер получила по почте оттиск статьи.
Все неверно!
В тот момент, когда Хан и Штрасман обнаружили, что атом урана после бомбардировки нейтронами взрывается на куски (со средней массой ядер), им пришла в голову мысль: деление урана могло означать смертный приговор для всех "открытых" ранее элементов -- от 93- до 97-го. Следовало ли все еще верить в эти "трансураны"? Не лучше ли было считать, что в тех случаях речь тоже шла об осколках урана, об элементах с более низкими порядковыми номерами?
Ида Ноддак, которая теоретически признала возможность деления урана еще в 1934 году, нанесла этим "трансуранам" смертельный удар. В марте 1939 года в сообщении в "Натурвиссеншафтен" она с удовольствием перечисляла огрехи обоих радиохимиков. Она цитировала последнюю работу Хана и Штрасмана от ноября 1938 года, в которой авторы доложили об "открытии" не более не менее как семи трансуранов. И все это было совершенно неверным. Почему не учли указание Иды Ноддак, сделанное в 1934 году, которое открыватели деления урана даже не осмеливаются цитировать?
Что касается существования "трансуранов", то Хан и Штрасман были фактически вынуждены, шаг за шагом, отказаться от своих прежних высказываний. Это началось в июне 1939 года с "окончательного вычеркивания" экаплатины (96-й элемент), которая оказалась изотопом иода, и экаиридия (95-й элемент), состоявшего в действительности из смеси изотопов теллура и молибдена. Однако эти поправки были сделаны самими исследователями, а не по указанию других. В этом отношении поведение Хана и Штрасмана заслуживает всяческого уважения; они всегда публиковали свои опытные данные, тем самым вынося их на суд других ученых.
Столь искусно возведенное здание трансуранов обрушилось очень быстро. Элементы 93--97, в свое время столь "точно обнаруженные", оказались фактически не чем иным, как обломками, образовавшимися при делении урана, элементами со средней атомной массой. Ученые других стран -- Франции, США, Советского Союза, Австрии -- конечно, также занимались идентификацией многочисленных продуктов деления урана. Разочарование в Париже было очень большим, когда обнаружили, что "курьезное" вещество Ирэн Кюри с 3,5-часовым периодом полураспада, столь похожее на лантан, состоит, по существу, из изотопа лантана с массовым числом 141.
В более поздние годы Отто Хан неустанно рассказывал историю поисков псевдоэлементов 93--97, которая привела к открытию деления ядра, как поучительный пример научных заблуждений. При этом он не боялся самокритики; свои воспоминания он назвал: "Ложные трансураны. К истории одной научной ошибки".
Искусственные элементы
При обстреле урана тепловыми нейтронами из него образуются более легкие элементы с порядковыми номерами 35--65: это заставляло надеяться, что среди обломков будут найдены также изотопы элементов 43 и 61. Если вспомнить состояние вопроса получения элементов 43, 61, а также 85 и 87 в 1930 году, то можно было уловить заметный прогресс. Прежде всего, подтвердилось подозрение, что элементы 43 и 61 являются нестойкими веществами, которые "вымерли". Что касается элементов 85 и 87, то уже довольно давно их признали распавшимися радиоактивными веществами.
В 1934 году физик Иозеф Маттаух нашел эмпирическое правило, которое позволяет оценить устойчивость ядер изотопов. Согласно правилу Маттауха не может существовать второго устойчивого изотопа, если заряд его ядра отличается только на единицу от заряда ядра известного устойчивого изотопа с тем же массовым числом. Эта закономерность дополняет правило Харкинса, по которому элементы с нечетным порядковым номером (то есть нечетным числом протонов и электронов) распространены на Земле существенно реже, поскольку мала устойчивость их ядер.
По отношению к элементам 43 и 61 правило Маттауха можно изложить следующим образом. Исходя из их положения в периодической системе, массовое число элемента 43 должно быть около 98, а для элемента 61 -- около 147. Однако уже были известны устойчивые изотопы для элементов 42 и 44, а также для элементов 60 и 62 с массами от 94 до 102 и соответственно от 142 до 150. Поскольку второй устойчивый изотоп с тем же массовым числом не может существовать, то элементы 43 и 61 должны иметь только нестабильных представителей. Несомненно, что когда-то элементы 43 и 61 были на Земле в достаточном количестве. Когда возникла наша Солнечная система, то путем сочетания протонов и нейтронов образовались все элементы. Однако за время существования Земли -- 4,6 миллиардов лет -- их неустойчивые представители постепенно совсем исчезли. Исключение составляют только те радиоактивные элементы, которые могли постоянно пополняться в пределах естественного радиоактивного ряда, ибо их исходные вещества -- уран или торий -- еще существуют на Земле, благодаря своим периодам полураспада, насчитывающим миллиарды лет. Элементы 43 и 61 к этим естественным радиоактивным рядам не относятся. Лишь в том случае, если имеется долгоживущий изотоп этих элементов, можно было бы надеяться обнаружить его радиохимические следы.
В то время как некоторые ученые все еще занимались ложными трансуранами, другим исследователям удалось найти вожделенные элементы 43 и 87. Вот история их открытия... В 1936 году Эмилио Сегрэ после женитьбы покинул Ферми и его коллег и уехал в Палермо, прежнюю столицу Сицилии. В тамошнем университете ему предложили кафедру физики. В Палермо, к своему большому сожалению, Сегрэ не смог продолжать изыскания, начатые с Ферми. В университете не было никакого оборудования для радиоактивных исследований. Быстро приняв решение, итальянский ученый поехал в Америку, чтобы ознакомиться с Калифорнийским университетом в Беркли, который славился самым лучшим оборудованием. В то время там находился единственный в мире циклотрон. "Те источники радиоактивности, которые я увидел, были поистине поразительными для человека, работавшего до этого только с Ra-Ве-источниками",-- вспоминал физик.
Особенно заинтересовался Сегрэ отклоняющей пластиной циклотрона. Она должна была направить поток ускоренных частиц в требуемом направлении. За счет столкновений с частицами высокой энергии -- ускорялись дейтроны -- эта пластина очень сильно разогревалась. Поэтому ее пришлось изготовить из тугоплавкого металла -- молибдена. На этот металлический молибден, бомбардируемый дейтронами, и обратил свое внимание гость из Италии. Сегрэ предположил, что из молибдена, 42-го элемента, в результате обстрела дейтронами могли, быть может, образоваться изотопы все еще неизвестного элемента 43. Возможно, по уравнению:
[96]Мо + D [97]Х + n
Природный молибден является смесью шести устойчивых изотопов. Сегрэ предположил: а вдруг один из шести возможных радиоактивных изотопов элемента 43, в которые теоретически мог бы превратиться молибден,-- хотя бы один -оказался настолько долгоживущим, чтобы выдержать морское путешествие в Сицилию. Ибо итальянский физик намеревался заниматься поисками элемента 43 только в институте на родине.
Исследователь пустился в обратный путь, имея в кармане кусок молибденовой пластины от циклотрона в Беркли. В конце января 1937 года он начал исследования при поддержке минералога и химика-аналитика Перрье. Оба, действительно, нашли радиоактивные атомы, которые по химическим свойствам можно было поместить между марганцем и рением. Количества экамарганца, которые вновь искусственно возродились на Земле благодаря исследовательскому гению человека, были невообразимо малы: от 10-10 до 10-12 г 43-го элемента!
Когда в июле 1937 года Сегрэ и Перрье доложили о синтезе первого искусственного элемента, давно вымершего на Земле -- это был день, вошедший в историю. Для элемента 43 позднее нашли очень точное наименование: технеций, происходящее от греческого technetos -- искусственный. Можно ли будет когда-либо получить его в весомых количествах и подержать в руках? Вскоре удалось ответить на этот вопрос положительно, когда обнаружилось, что при делении урана возникают изотопы 43 с относительно высоким выходом. Особое внимание привлек изотоп с массовым числом 101 и периодом полураспада 14 мин. Предполагали, что вещество Ферми с периодом полураспада 13 мин, мнимый элемент 93, должен был быть изотопом элемента 43.
Естественные радиоактивные ряды имеют окончательный вид -- в этом никто больше не отваживался сомневаться, в особенности после масс-спектрографической идентификации урана-235 Демпстером. Однако имелось слабое место в ряду уран -- актиний. Прошло более двадцати лет с тех пор, как в этом ряду отметили "неточность", которая была почти что предана забвению. Еще в 1913/1914 годах на это несовпадение наткнулись английский химик Крэнстон и австрийские исследователи радиоактивности Майер, Хесс и Панет при изучении актиния. В качестве бета-излучателя актиний, как известно, превращается в радиоактиний, то есть в изотоп тория. Когда ученые изучали процесс превращения, они всегда наблюдали слабое альфа-излучение. Эту остаточную активность (примерно 1 %) обнаруживал и Отто Хан в опытах по получению чистого актиния. "Я не мог решиться на то, чтобы придать значение этой небольшой величине",-- сообщил Хан позднее. Он считал, что это, скорее всего, примесь.
Прошло много лет. Французская ученая Маргарита Перей, сотрудница знаменитого Радиевого института в Париже, снова пошла по этому следу, очень тщательно очистила фракции актиния и в сентябре 1939 года смогла доложить об удачном выделении нового радиоактивного изотопа. Это был столь долго отсутствовавший элемент 87, тот альфа-излучающий побочный продукт, который дает остаточную однопроцентную активность актиния. Мадам Перей нашла разветвление в уже заполненном ряду, ибо изотоп элемента 87 точно так же превращается в актиний X, как и известный радиоактиний. По предложению Перей элемент 87 назвали францием в честь ее родины.