Директор Кавендишской лаборатории 1

Прошло почти четверть века с тех пор, как юный Резерфорд впервые переступил порог Кавендиш­ской лаборатории и разыскал кабинет прославленного Джозефа Томсона.

В 1919 году Томсону исполнилось 70 лет. Он вышел в отставку. Нет, он отнюдь не думал прекратить физиче­ские опыты и посвятить себя выращиванию цветов в сво­ем саду. Он продолжал работать в лаборатории и учить молодых физиков. Но, трезво оценив свои силы, от вы­сокой должности директора Кавендишской лаборато­рии Кембриджского университета решил отказаться. И был рад, что ее занял его достигший всемирной извест­ности ученик.

В конце 20-х годов в Кембридже побывал академик А. Ф. Иоффе. Резерфорд познакомил его с Томсоном.

«Томсон, — писал впоследствии А. Ф. Иоффе, — в то время был уже очень стар, но продолжал работать и руководить научными работами. Однако он был скорее реликвией, напоминавшей великие достижения эпохи открытия электронов. Его модель атомов из электронов, вкрапленных в размытое положительное ядро, не могла выдержать сравнения с концентрированным положительным зарядом ядра, вокруг которого вращались элек­троны — модели атома, созданной Резерфордом. Элек­тронная физика эпохи Томсона перешла в Кембридже, да и во всем мире, в ядерную физику Резерфорда...»

Недавно окончилась первая мировая война. Кавендишская лаборатория недосчиталась довольно многих сотрудников. В России, казавшейся очень далекой от Кем­бриджа, произошла неслыханная в мире революция; слу­хи о ней доходили и сюда.

Все это не могло не наложить своего отпечатка на жизнь Кембриджского университета.

Старинные колледжи заполнило новое поколение не по годам повзрослевших студентов. Их отличали от пред­шественников больший скепсис, большая прагматичность. Однако как бы то ни было, занятия наукой продолжа­лись. Многие ученики и сотрудники Резерфорда с любо­вью вспоминают об этом периоде Кавендишской лабора­тории.

Кавендишская лаборатория была построена в Кем­бридже в 1874 году на средства наследников Генри Кавендиша.

Создатель электродинамики Клерк Максвелл был пер­вым директором центра, оказавшись таким образом родо­начальником «непревзойденной плеяды кавендишских профессоров».

После тщательного изучения архивных и других мате­риалов, связанных с жизнью Генри Кавендиша и его на­учной работой, Максвелл написал о нем статью.

Кавендиша (1731 — 1810) называли «Ньютоном современной химии» (он родился через 4 года после смерти Ньютона). Ему принадлежат важные исследования и открытия в области физики и химии. Например, он доказал существование водорода в воздухе. Тогда водород был малоизвестным газом (как-никак это произошло более чем за два века до рождения таких понятий, как «термоядерный синтез» и «водородная бомба»), и Кавендишу принадлежит первое научное описание его. Список работ Кавендиша велик, но при жизни ученого мало что из них было напечатано. В 1879 году Максвелл опубликовал многие из трудов Кавендиша.

Жизнь Кавендиша представлялась его современникам загадочной. Брат герцога Девонширского, он был очень богат и слыл оригиналом. Он жил исключительно замкнуто, занимаясь только наукой. Даже прислуге его дворца было запрещено попадаться ему на глаза. Ему подавали на стол до того, как он входил в столовую... П. Л. Капица пишет о Генри Кавендише: «Вот благодаря этой оторванности от людей научные работы Кавендиша, плоды его крупнейших научных достижений, сделанных в Англии, не оказали влияния на развитие мировой науки».

В 1879 году на посту директора Кавендишской лаборатории Максвелла сменил лорд Рэлей (Джон Уильям Стретт) — исследователь физических свойств жидкостей и газов. Через 5 лет, в 1884 году, директором лаборатории стал Джозеф Томсон. Как мы знаем, именно он распознал в Резерфорде высокоодаренного физика и всячески способствовал развитию его таланта.

Резерфорд сделался кавендишским профессором в возрасте 48 лет и продолжал здесь свои исследования до конца жизни.

Вместе с Резерфордом в Кембридж приехал его уче­ник Джеймс Чедвик. Они немедленно приступили к под­готовке работы по ядерной физике. Резерфорд команди­ровал своего ассистента Дж. Кроу в Манчестерский университет, чтобы он там научился приготовлять в большом количестве радиоактивные источники, необходимые для дальнейших исследований. Что это были за опыты?

Еще в Манчестере незадолго до переезда в Кембридж Резерфорд осуществил первые эксперименты по превра­щению ядер одного элемента в ядра другого, или, как тогда говорили, по трансмутации элементов. Это сулило нечто грандиозное. Поэтому главной заботой ученого было продолжить опыты в Кавендишской лаборатории тотчас же, как только будет налажена аппаратура.

Простой прибор, построенный Резерфордом при учас­тии Кэя, к концу манчестерского периода, в 1919 году, показал, что α-частицы разрушают ядро азота и при этом вылетают быстрые ядра водорода — протоны. «Так родилась обширная область физики, — писал Патрик Блэкетт, — в которой возникли многочисленные плодотворные исследовательские проблемы для огромного чис­ла физиков во всем мире и которая совершенно непред­виденно не дает покоя повсюду государственным деяте­лям».

Во всяком случае сам Резерфорд не предполагал, что открытие ядерных реакций будет иметь столь грандиоз­ные последствия.

Американскому профессору физики Самуэлю Дэвонсу в уже упоминавшейся нами беседе в Манчестере с 80-летним В. Кэем удалось установить хронологию экс­периментов Резерфорда по расщеплению азота путем бомбардировки α-частицами.

Вот выдержка из записи Дэвонса:

«Дэвонс. Работа по расщеплению, первые экспе­рименты начались здесь, в Манчестере?

Кэй. Да, это было сделано для азота здесь. Доказа­но было здесь, когда Резерфорд совершил первое расщеп­ление атома.

Дэвонс. Вы, наверное, знаете, что имеется мно­жество черновых записей Резерфорда — правда, их боль­ше в Кембридже, чем здесь.

Кэй. О да, здесь было все, что я собрал. Он никог­да не просил меня делать этого, но уже с самого начала я постоянно собирал их и тщательно хранил, и весь его прибор тоже.

Дэвонс. Обычно считают, что первая работа по расщеплению ядер была проведена Резерфордом в Кемб­ридже. Сам прибор находится в Кавендишском музее. Однако он проводил эту работу здесь, не так ли?

Кэй. Конечно, здесь. Если вы возьмете журнал «Philosofical Magazine» за 1918 г., вы все там найдете. У меня даже есть оттиски, которые Резерфорд подарил мне с благодарственной надписью перед отъездом в Кем­бридж».

Прибор, построенный Резерфордом и попавший в Кавендишский музей (рис. 4), как об этом сообщает профес­сор С. Дэвонс, представлял собой латунную трубу 6 длиной 30 сантиметров с двумя боковыми кранами. Труба наполнена газом, который служил мишенью для бомбардировки α-частицами. Излучатель α-частиц большой энергии помещался внутри трубки. Он представлял собой активированный диск 7, укрепленный на стойке и передвигающийся по рельсу 4.

Один конец трубки закрывался матовой стеклянной пластинкой 5, а другой — латунной пластинкой 2, прикрепленной воском.

В латунной пластинке было маленькое прямоугольное отверстие. Оно закрывалось тонкой серебряной пластин­кой 3, задерживающей α-частицы так же, как слой возду­ха примерно в 5 сантиметров. Против отверстия прикреп­лялся люминесцирующий экран из цинковой обманки.

В зазор между серебряной пластинкой и экраном можно было вставлять металлические пластинки, т. е. дополнительно поглощать α-частицы на их пути к экрану.

Для наблюдения сцинтилляций применялся микро­скоп 1.

Когда Резерфорд наполнил трубку азотом, то в поле зрения появились частицы с очень длинным пробегом. Исследователь заключил, что при столкновении α-частиц с ядрами атомов азота некоторые ядра разрушаются, испуская при этом ядра водорода — протоны, а затем образуются ядра кислорода.

Приведем слова самого Резерфорда:

«Проделывая этот опыт, я в 1919 году получил экспе­риментальные доказательства того, что небольшое число атомов азота при бомбардировке распалось, испустив быстрые протоны (водородные ядра). В свете позднейших исследований общий механизм этого превращения вполне ясен. Время от времени α-частицы действительно проникают в ядро азота, образуя на одно мгновение но­вое ядро типа ядра фтора с массой 18 и зарядом 9. Это ядро, которое в природе не существует, чрезвычайно не­устойчиво и сразу же распадается, выбрасывая протон и превращаясь в устойчивое ядро кислорода с массой 17. Стадии этого процесса превращения показаны ниже в виде соотношения, напоминающего химическое уравне­ние. Левая часть уравнения содержит вступающие в реакцию элементы, а правая часть — конечные продукты превращения. Два числа перед каждым символом обоз­начают массу и заряд ядра данного элемента.

₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₉F¹⁸ → ₈О¹⁷ + ₁Н¹ + Е.

Как видно из уравнения, общий заряд ядер при превращении сох­раняется так же, как и их масса, если только учесть эк­вивалентность массы и энергии. С этой целью в правую часть уравнения вводится символ Е, обозначающий мас­су, эквивалентную сумме кинетических энергий протона и ядра кислорода за вычетом первоначальной энергии альфα-частицы.

Превращения происходят в ничтожных масштабах, ибо всего одна α-частица из 50 тысяч приближается к ядру достаточно близко, чтобы быть им захваченной. Фотографируя следы нескольких сотен тысяч α-частиц в наполненной азотом камере Вильсона, Блэкетт установил несколько удачных случаев превращения ядер азота».

Таким образом, азот (N¹⁴) был первым элементом, который Резерфорд превратил в кислород путем ядерной реакции, вызванной бомбардировкой α-частицами. На каждый миллион α-частиц было зарегистрировано 20 превращений.

Пользуясь своей установкой, Резерфорд в течение нескольких лет осуществил ядерные реакции в 17 легких элементах, в том числе в боре, фторе, натрии, алюминии, литии, фосфоре. Он также пытался с помощью потока α-частиц вызвать ядерные реакции в некоторых тяжелых элементах, расположенных в конце Периодической системы. Однако с увеличением атомного номера элемента количество ядерных реакций уменьшалось. При бомбардировке α-частицами элементов тяжелее аргона (атомный номер 18) исследователь уже не наблюдал ни одного протона.

Резерфорд предположил, что α-частицы представляют собой недостаточно мощные снаряды для проникновения в ядра из-за их сравнительно малой энергии. Он решил повысить энергию частиц с помощью высоковольтных электрических установок. В 1920 году в Кавендишской лаборатории начались работы по созданию установок, используя которые Резерфорд рассчитывал получить ин­тенсивные пучки протонов и электронов с большой энергией.

Постройка высоковольтного ускорителя в Кавендишской лаборатории знаменовала перемену во взглядах Резерфорда на технику физического эксперимента. До этого времени он обычно пользовался для исследований простыми приборами, как правило, собственного изготовления. Многие его ученики следовали этому примеру. Так, открытие Чедвиком нейтронов в 1932 году было результатом экспериментов, выполненных в старых ещё традициях Резерфорда.

Однако жизнь диктовала новые требования, и Резер­форд с 20-х годов стал менять свои методы. В это время он внушил ученикам Кокрофту и Уолтону идею создания высоковольтного ускорителя, обладавшего гораздо большей энергией, чем поток α-частиц, применявшийся учёным для опытов на протяжении многих лет. Резерфорд понимал неизбежность перехода к «машинному веку» в ядерной физике. Именно в этой области исследователь не мог обходиться старыми средствами экспериментальной доядерной физики. Отныне ему предстояло изучать невидимые процессы.

Патрик Блэкетт писал, что «инженерные масштабы таких экспериментов, как работы Кокрофта и Уолтона для большинства физиков были недостижимы. Подобно академику Капице, Кокрофт был инженером-электриком, превратившимся в физика. Работы Кокрофта и Уолтона вместе с трудами Лоуренса в Беркли положили начало машинному веку в ядерной физике, высшим достижением которого сегодня являются Серпухов, Брукхэйвен и Же­нева (крупнейшие в свое время ускорители. — Ф. К.).»

В 1932 году Кокрофт и Уолтон в Кавендишской лабо­ратории впервые осуществили ядерную реакцию путем бомбардировки литиевой мишени протонами, разогнан­ными в высоковольтной установке до энергии 600 тысяч электронвольт. При встрече такого протона с ядром ли­тия происходит ядерная реакция с образованием двух ядер гелия:

₃Li⁷ + ₁H¹ → 2₂He⁴.

Джон Кокрофт, впоследствии организовавший круп­нейший в Англии научно-исследовательский центр по ядерной физике — Харуэлл, писал об этой кажущейся те­перь примитивной установке:

«Мы сделали две колонки из стеклянных цилиндров от бензинового насоса, скрепили их между собой пласти­лином и откачали из них воздух, добившись очень боль­шого разрежения. Одна из колонок давала весьма высо­кое напряжение порядка 200 тысяч или 500 тысяч вольт. Вторая колонка служила нам в качестве атомной пушки. По ней двигались наши снаряды из атомов водорода, разгоняемые высоким напряжением, получаемым на вто­рой колонке».

Этот протонный ускоритель, выставленный впослед­ствии в Музее естественной истории в Лондоне, Резер­форд с гордостью демонстрировал приезжавшим к нему в лабораторию. Показывая его, он говорил, что атом всег­да склонен вести себя не как источник энергии, а как прорва, поглощающая энергию, потому что нужно из­расходовать значительно больше энергии на расщепление атома, чем можно будет получить ее этим путем. Кок­рофт не соглашался с ним, хотя в то время еще не был открыт нейтрон и нельзя было предположить, что новая частица создаст возможности осуществления цепной ядерной реакции.

Резерфорд, Кокрофт и Уолтон проводили много опы­тов на ускорителе, пользуясь экраном из сернистого цин­ка и наблюдая ядерные реакции по сцинцилляциям.

В этих опытах Резерфорд и Кокрофт впервые напали на след энергии, высвобождающейся при слиянии водо­рода и лития. Они также пытались найти возможность вызвать ядерные реакции в тяжелых ядрах элементов, расположенных в конце таблицы Менделеева, но это им не удавалось.

Опыты Кокрофта и Уолтона по бомбардировке лития дали и другие необычайно важные результаты, о кото­рых советский ученый П. П. Лазарев писал в январе 1938 года, что они «должны сыграть огромную роль в развитии физики и химии». Но даже смелое предвидение крупного советского ученого было, пожалуй, слишком скромным по сравнению с реальными достижениями, к которым привели опыты с литием. Бомбардируя ядра лития быстрыми протонами, можно получить ядра гелия по уравнению, приведенному выше.

Однако, измеряя точно по методу Астона (разрабо­танному в Кавендишской лаборатории) массу ядра ли­тия, водорода и гелия, исследователи убедились, что правая часть уравнения не равняется левой; причина этого заключается в том, что движущиеся ядра водорода и гелия обладают согласно принципу относительности Эйнштейна большей массой, чем масса, находящаяся в покое. Связь между массой m и энергией Е, заключенной в ней, выражается, как показывает теория Эйнштейна, уравнением

Е = mс²

(масса m выражается в граммах, энергия Е — в эргах, скорость света с равна Зх10¹⁰  сантиметров в секунду).

Это уравнение Эйнштейна лежит в основе использования атомной энергии. Из него видно, почему так велика внутриядерная энергия.

Приведем слова из статьи советских ученых академика Е. Велихова и профессора В. Летохова «Эйнштейн и прикладная физика», напечатанной в связи со 100-летием Альберта Эйнштейна в 1979 году.

Речь идет об уравнении Е = mс². «Это соотношение, — пишут Е. Велихов и В. Летохов, — только говорит о том, что масса эквивалентна энергии, но не говорит о том, как преобразовать массу в энергию и тем более в полезную энергию. Но логика развития науки такова, что правильно понятый фрагмент картины мира почти всегда открывает перед человеком новые интересные практические возможности. Вот так и выводы Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии, их приложение к проблемам ядерной физики привели к открытию конкретных путей использо­вания ядерных реакций».

Открытие Резерфордом ядерных реакций вызвало к жизни огромное количество новых работ, проводившихся учеными в разных странах. Важнейших результатов в последующие годы достигли супруги И. и Ф. Жолио-Кю­ри в Париже, Э. Ферми в Риме, О. Ган, Лизи Мейтнер и Ф. Штрассман в Берлине, Д. Чедвик в Кавендишской лаборатории, Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович в Москве.

Особое значение имело открытие нейтрона Д. Чедвиком и супругами Жолио-Кюри в 1932 году, спустя 12 лет после того, как Резерфорд теоретически предсказал су­ществование этой частицы с массой, равной единице, и с нулевым зарядом. Ядро бериллия обстреливается ядра­ми гелия (α-частицами), происходит ядерная реакция, в результате возникает ядро углерода и нейтрон:

Be + α → С + n

Уже отмечалось, что Резерфорд предвидел: нейтроны должны легко проникать в ядра атомов.

За открытие нейтрона Чедвик получил Нобелевскую премию.

Но Резерфорд в одной из своих лекций впервые ука­зал на возможную роль этой незаряженной частицы в использовании внутриядерной энергии: «Недавнее от­крытие нейтрона и доказательство его исключительной эффективности в осуществлении ядерных реакций при низких скоростях создает новые возможности при усло­вии, если будет найден способ производства в большом количестве медленных нейтронов, при малой затрате энергии для этого».

Предсказание сбылось. Ученые осуществили с по­мощью нейтронной бомбардировки определенной массы урана цепную ядерную реакцию с непрерывным выделе­нием огромной энергии. Цепной процесс деления ядер и был тем процессом, о котором говорил Резерфорд за 10 лет до постройки первого ядерного реактора.

После открытия нейтрона Вернер Гейзенберг предло­жил концепцию строения ядер. Согласно этой концепции ядра состоят не из протонов и электронов, а из протонов и нейтронов. Рождение отрицательных или положитель­ных электронов во время естественных и искусственных распадов объясняется не тем, что эти электроны существуют в ядре, как это считалось раньше, а превращением протона ядра в нейтрон или обратным превращением, которое сопровождается рождением положительного или отрицательного электрона. Протон и нейтрон являются, таким образом, в некотором роде двумя состояниями положительно  заряженным и нейтральным — одной той же тяжелой частицы нуклона, основной составной части атомных ядер. На этих представлениях строится современная теория ядра.

В том же 1932 году американский ученый, позднее лауреат Нобелевской премии Гарольд Юри впервые выделил тяжелый изотоп водорода — дейтерий, содержащийся в обычном водороде (т. е. смеси изотопов) в количестве всего 0,02 процента. Вскоре он получил и тяжелую воду, в молекуле которой вместо атома водорода находится атом дейтерия.

Открытие дейтерия подтвердило предсказание Резерфорда о существовании тяжелого изотопа водорода: «Если мы правы в этом предположении, — говорил он в лекции, прочитанной на заседании Королевского общества в 1920 году, — то очень вероятно, что один электрон может связывать два ядра водорода или, что также возможно, одно ядро водорода. В первом случае это приводит к существованию атома с массой, почти равной 2,_: с зарядом —1, который должен рассматриваться как изотоп водорода. В другом же случае это приводит к мысли о возможности существования атома с массой 1 и зарядом ядра, равным 0».

В приведенном абзаце содержатся два важных научных предвидения: о существовании тяжелого изотопа водорода и нейтрона. Мы видим здесь характерную для Резерфорда «плотность» научного содержания его высказываний. Тяжелая вода (в которую входит тяжелый изотоп водорода), обладающая свойством замедлять нейтроны, имела большое значение в развитии работ по созданию цепной ядерной реакции.

1932 год — начало, по словам П. Блэкетта, последнего подъема творческого пути Резерфорда. В 30-е годы совершаются великие открытия ядерной физики и позднее — физики элементарных частиц. Все они, где бы ни совершались, прямо или косвенно связаны с деятельностью Резерфорда. Мы уже упоминали об искусственном ускорении частиц, осуществленном Кокрофтом и Уолтоном под непосредственным руководством Резерфорда и по его идее, а также о сенсационном открытии нейтрона Чедвиком в Кавендише.

Кроме того, можно назвать еще несколько достиже­ний в области ядерной физики. В 1932 году Карл Андер­сон в Америке определил в составе космических лучей положительный электрон — позитрон. В 1933 году Дж. Оккиалини и Патрик Блэкетт с помощью усовершен­ствованной камеры Вильсона в Кавендише подтвердили существование позитронов, открыв космические ливни электронов и позитронов. В 1933 —1934 годах Ирен и Фре­дерик Жолио-Кюри в Париже открыли искусственную радиоактивность. В Риме Энрико Ферми получил те же результаты, бомбардируя различные элементы не α-частицами, как это делали французские исследователи, а нейтронами. Вскоре после смерти Резерфорда, в 1938 го­ду его ученик Отто Ган с сотрудниками совершенно неожиданно открыл деление урана.

Остановимся на работах, которые явились следствием опытов Резерфорда по осуществлению искусственных ядерных реакций под действием α-частиц.

Дочь Марии Кюри — Ирен Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри в 1933 году установили, что при облучении α-частицами алюминиевой мишени происходит ядерная реакция с образованием фосфора, оказавшегося в отличие от обычного фосфора радиоактивным. Супруги Жо­лио-Кюри получили таким же способом радиоактивный азот и радиоактивный кремний. Открытие искусственной радиоактивности положило начало обширной области науки и техники — искусственных радиоактивных изото­пов. Открытие супругов Жолио-Кюри было важным зве­ном в овладении атомной энергией и вызвало к жизни знаменитые опыты Энрико Ферми по бомбардировке эле­ментов нейтронами.

В октябре 1933 года в Брюсселе состоялся очеред­ной Сольвеевский конгресс. На этот раз темой конгресса была ядерная физика. Председательствовал Поль Лан­жевен. Академик А. Ф. Иоффе, присутствовавший на конгрессе, отмечал, что Резерфорд и его ученики, в том числе П. Л. Капица, а также Энрико Ферми, Мария Кюри, супруги Жолио-Кюри, Лизи Мейтнер, находились в центре внимания. Кроме ученых, названных А. Ф. Иоффе здесь были также молодые физики-экспериментаторы и теоретики: Патрик Блэкетт, Поль Дирак, Нильс Бор, Луи де Бройль, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг и многие другие. Л. Ландау прислал из Москвы свой доклад. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри сообщили об искус­ственной радиоактивности.

Фредерик Жолио-Кюри рассказывал позже, что их сообщение вызвало у экспериментаторов, в том числе у Лизи Мейтнер, довольно скептическое отношение. Теоре­тики оказались куда более проницательными. Нильс Бор сказал, что считает данные, полученные Жолио-Кюри, весьма важными. Вольфганг Паули также одобрил эту работу.

Резерфорд, вернувшись из Бельгии в Англию, довольно долго обдумывал результаты, доложенные парижски­ми физиками.

В своем письме из Кембриджа, датированном 29 ян­варя 1934 года, т. е. спустя несколько месяцев после фундаментальных опытов Ирен и Фредерика Жолио-Кюри, Резерфорд писал: «Мои дорогие коллеги. Я восхищен итогами ваших опытов по получению радиоактивных веществ путем облучения α-частицами. Поздравляю вас обоих с блестящей работой, которая, по моему убеждению, в конечном счете окажется очень важной. Я лично очень заинтересован в результатах ваших исследований поскольку долгое время думал о том, что такой эффект может наблюдаться в соответствующих условиях. В прошлом я проделал много опытов, используя чувствительный электроскоп для обнаружения такого эффекта, однако безуспешно. В прошлом году мы проделали опыт, в котором облучали тяжелые элементы протонами, но получили отрицательные результаты. С лучшими пожеланиями дальнейших успехов в ваших исследованиях!

Искренне ваш Резерфорд.

P. S. Мы попытаемся определить, произойдут ли сходные явления при бомбардировке протонами или диплонами».   (Диплонами   Резерфорд называл дейтроны. — Ф. К.) Неудачу великого английского физика в этих экспериментах Фредерик Жолио-Кюри объяснял тем, что Резерфорд заблуждался относительно того, какой тип радиоактивности наиболее распространен. Вот что писали Жолио-Кюри:

«В продолжение всей своей деятельности Резерфорд стремился доказать существование искусственной радиоактивности, но ему, как и другим пионерам в этой области науки, истинной радиоактивностью казалась та, которая сопровождается испусканием тяжелых частиц, а не электронов. В действительности же, как мы теперь знаем, именно излучение электронов наиболее характерно для радиоактивного распада».

Теперь нам кажется непостижимым, что выдающиеся физики в разных странах, не исключая Резерфорда, дол­го заблуждались относительно возможного практичес­кого (технического) использования ядерной энергии. Даже тогда, когда решение этой проблемы буквально «носилось в воздухе» и нуждалось лишь в завершающем усилии.

Незадолго до начала второй мировой войны ученик Резерфорда П. Л. Капица весьма осторожно высказы­вался по поводу технического использования ядерной энергии. На встрече с сотрудниками журнала «Детская литература» в 1939 году он, между прочим, заметил: «Ко­нечно, наверняка нельзя сказать, но есть все объектив­ные данные для утверждения, что в земных условиях ядерная энергия не будет использована. Так полагал и Резерфорд».

За два года до этого высказался в таком же духе дру­гой выдающийся ученик Резерфорда Нильс Бор. В 1937 году Бор выступил с докладом в Академии наук СССР. Присутствовало много физиков, в том числе и друг Бо­ра — П. Л. Капица. Бор сказал, что ядерные реакции сопровождаются сильным рассеянием энергии. Этот про­цесс, по-видимому, представляет непреодолимую труд­ность для практического использования ядерной энергии. Вот его слова: «Если бы не было рассеяния энергии, то удар нейтрона, обладающего энергией в десятки или сот­ни электронвольт, мог бы вызвать процесс освобожде­ния внутриядерной энергии подобно тому, как небольшой горящей головней можно вызвать огромный пожар. В свою очередь, освобожденная энергия ядра вызвала бы аналогичные процессы в соседних ядрах. Таким обра­зом, «зажигание» в одном месте при помощи сравнитель­но небольших начальных «зажигающих» процессов при­вело бы к лавинообразному взрыву, при котором выделилось бы колоссальное количество энергии. Значительно более легкой проблемой было бы осуществление техни­ческих проектов практического использования этой энергии. Однако явление рассеяния энергии, которое типично для  всех  ядерных  процессов,  делает такое  простое допущение маловероятным. Влет в ядро первой же частицы сопровождается рассеянием энергии, даже несколько обесценивающим ту энергию, которую мы вначале имели.

Это обстоятельство приводит нас к несколько мрачным перспективам в отношении одной из фундаментальных проблем атомной физики — проблемы использования той огромной энергии, которая заключена в атомном ядре».

Сейчас трудно вообразить, что Нильс Бор высказал такой пессимистический прогноз всего лишь за 2 года до того, как физики научно-исследовательского института Кайзера Вильгельма в Берлине сделали важное открытие. А именно: ученик Резерфорда профессор Отто Ган (надолго переживший своего учителя1) вместе с профессором Лизи Мейтнер и присоединившимся к ним позднее Фрицем Штрассманом установили столь хорошо сейчас всем известную реакцию деления урана под действием нейтронов. Сам Нильс Бор уже в Америке в начале 1939 года узнал из телеграммы Лизи Мейтнер и ее племяннка физика Отто Фриша об открытии принципиально нового ядерного процесса, названного Фришем делением. Патрик Блэкетт писал по поводу деления, что оно «в известном смысле явилось последним из великих открытий в собственно ядерной физике, отличающейся от физики элементарных частиц. Резерфорд не дожил до кульминационного пункта развития направления, которое фактически было областью всей его научной деятельности».

Академик Я. Б. Зельдович, объясняя тот факт, что Резерфорд не видел быстрых путей использования ядерной энергии, говорит: «Высказывания Резерфорда относились примерно к 1932 году, когда еще неизвестна была цепная реакция деления урана.

Надо  сказать, что эта реакция при всей ее важности в наши дни в известном смысле случайна. Ведь могла природа устроить так, что при делении урана выделялось бы не два-три нейтрона, а, скажем, в среднем 0,7. Или оказалось бы, что радиоактивные элементы при распаде давали только альфа- или бетα-частицы. Вся ядерная энергетика пока базируется только на делении одного из изотопов урана и искусственно созданного элемента — плутония. Так что, не зная, что в природе возможен такой тип распада, как деление ядра с испусканием нескольких нейтронов, трудно было предвидеть это направление практического использования ядерной энергии.

С другой стороны, есть реакция слияния, образования гелия из ядер водорода, которая происходит в звездах. Мысль о ее практическом использовании могла появить­ся довольно рано. И то, что идея термоядерной энергии появилась после решения урановой проблемы, — это в известном смысле парадокс. Термоядерную энергию можно было «изобрести» еще в 1932 — 1933 годах, после открытия тяжелого изотопа водорода. А мы сначала нашли довольно частный случай, обязанный «игре при­роды». Только после этого привыкли к физике высоких температур, высоких давлений и подошли к возможности использования термоядерной энергии для практических целей, да и то на основе сжигания изотопов водорода — редкого природного дейтерия и искусственного трития. Подражать звездам и в земных условиях сжигать обыч­ный водород невозможно».

Вскоре после открытия деления урана Нильс Бор предсказал возможность осуществления цепной ядерной реакции. Основания Бора были очень веские. Отто Ган и Фриц Штрассман, а также параллельно с ними Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что при делении урана возни­кают свободные нейтроны. Они-то и способны делить но­вые ядра и последовательно поддерживать непрерывную реакцию деления в массе урана (или другого делящего­ся материала). Непрерывная реакция деления — основа основ всей ядерной техники. Родилось это одно из самых удивительных изобретений XX века на основе открытия Резерфорда.

Сейчас в мире действует много атомных электростан­ций, в том числе и в Англии, где большую часть жизни ра­ботал Резерфорд.

Открытие искусственной радиоактивности Фредери­ком и Ирен Жолио-Кюри было важным шагом на пути технического использования атомной энергии. Как уже упоминалось, вслед за ними профессор Энрико Ферми приступил к бомбардировке различных элементов нейтронами.

Т. Аллибон, ученик Резерфорда, сказал в своем докла­де в Москве, что когда Ферми в 1934 году, повторив опы­ты Жолио-Кюри, получил искусственную радиоактив­ность, Резерфорд, внимательно следивший за всеми опы­тами с нейтронами, послал ему поздравление. «Он, — продолжал Аллибон, — поздравлял Ферми за «побег из теоретической физики» и лишь добавил: «По-видимому, вы на правильном пути». Закончив свою большую статью, Ферми отправил ее со Сцилардом (американский физик-атомник. — Ф. К.) Резерфорду. Сцилард скромно спросил Резерфорда, может ли она быть быстро напеча­тана. «Конечно, — ответил Резерфорд. — А для чего же тогда, вы думаете, я был президентом Королевского об­щества».

Осуществленная Ферми бомбардировка нейтронами различных элементов сыграла большую роль в практиче­ском овладении ядерной энергией. Именно опыты Ферми, повторенные в Берлине, привели Отто Гана и Лизи Мейт­нер к открытию деления урана. Но Резерфорд вряд ли думал, что получение полезной мощности путем ядерных реакций так близко к осуществлению. Правда, в послед­ней лекции, прочитанной в 1937 году, Резерфорд говорил о практическом использовании ядерной энергии с помощью «искусственного расщепления элементов». Но он не представлял себе четко, как это удастся осуществить. Он полагал наиболее реальным применение нейтронов.

«Увы, — говорит Аллибон, — Резерфорд скончался за 14 месяцев до открытия деления ядер, при котором выс­вобождаются нейтроны. Все последствия этого открытия нам хорошо известны. Сейчас, в год 100-летия со дня рождения Резерфорда, в Англии 14% от общего количе­ства вырабатываемой электроэнергии дают ядра урана. Сколь многим обязаны мы этому человеку».

Проникновенными словами английского ученого-атомника профессора Т. Аллибона мы можем завершить рассказ о развитии отраслей науки и техники, в основе кото­рых лежит открытие ядра атома Резерфордом.

• 1. Отто Ган скончался в ФРГ 29 июля 1968 года в возрасте 98 лет.