Наука. Величайшие теории. Выпуск № 33. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра

Tags: журнал величайшие теории расщепление ядра
ISBN: 2409-0069
Year: 2015
Similar
Наука. Величайшие теории. Выпуск № 23. Резерфорд. Атомное ядро
Наука. Величайшие теории. Выпуск № 24. Ферми. Ядерная энергия
Наука. Величайшие теории. Выпуск № 42 - Гамов. Большой взрыв
Наука. Величайшие теории. Выпуск № 49 - Ландау. Сверхтекучесть
Text
                    II Л If Lf л ВЕЛИЧАЙШИЕ
пАУКАтеории
ЛИЗА МЕЙТНЕР расщепление ядра
ЛИЗА МЕЙТНЕР зз
Расщепление ядра
Получение энергии
33
D4AGOSTINI
ЛИЗА МЕЙТНЕР
Расщепление ядра
ЛИЗА МЕЙТНЕР
Расщепление ядра
Получение
энергии
НАУКА. ВЕЛИЧАЙШИЕ ТЕОРИИ
Наука. Величайшие теории: выпуск 33: Получение энергии.
Лиза Мейтнер. Расщепление ядра. / Пер. с исп. — М.: Де Аго-
стини, 2015. — 152 с.
Женщина, еврейка и ученый — непростая комбинация
для бурного XX века. Австрийка по происхождению, Лиза
Мейтнер всю жизнь встречала снисходительность и даже
презрение со стороны коллег-мужчин и страдала от пресле-
дований нацистов. Ее сотрудничество с немецким химиком
Отто Ганом продолжалось более трех десятилетий и увен-
чалось открытием нового элемента — протактиния — и до-
казательством возможности расщепления ядра. Однако, не-
смотря на этот вклад, Мейтнер было отказано в Нобелевской
премии. Она всегда отстаивала необходимость мирного ис-
пользования ядерной энергии, в изучении которой сыграла
столь заметную роль. Сегодня исследовательница стала во-
площением научного гения и символом борьбы с нетерпимо-
стью и предрассудками.
ISSN 2409-0069
© Roger Corcho Orrit, 2013 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2013
© ООО «Де Агостини», 2014-2015
Иллюстрации предоставлены:
Age Fotostock: 23а, 113а; Archivo de la Universidad de Leipzig:
130; Archivo RBA: 38i, 38d, 44,49b, 61, 79,84;Archivos
Federates de Alemania: 23bd; Archivos Nacionales de Estados
Unidos: 75bd, 101; Biblioteca Nacional de Medicina de Estados
Unidos: 49ai; Churchill College, Camdridge: 49ad; Corbis: 123,
135b; Benjamin Couprie: 75a; Paul Ehrenfest/Instituto Danes
de Cinematografia: 75bi; Fundacion Nobel: 19; Getty Images:
113b, 135a; Ferdinand Schmutzer/Museo de Historiade Berna:
125; Smithsonian Institution: 23bi; The Ultimate Science Fair
Projects Resource: 47; James E. Westcott/Museo Americano de
Cienciay Energia: 128; Joan Pejoan.
Все права защищены.
Полное или частичное воспроизведение
без разрешения издателя запрещено.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ............................................. 7
ГЛАВА 1. Одна зимняя прогулка ....................... 15
глава 2. Радиоактивность .............................27
глава з. Открытие радиоактивных элементов ............57
глава 4. Расщепление ядра ............................89
глава 5. Цепная реакция .............................117
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...................... 147
УКАЗАТЕЛЬ
149

Введение
«Физик Лиза Мейтнер, никогда не терявшая своей человеч-
ности», — такая эпитафия высечена на могиле этой исследова-
тельницы и ученого в Брамли, маленьком городке в Хэмпшире,
Великобритания. Слово «человечность» входит в абсолютную
шкалу ценностей, верность которой Мейтнер сохраняла всю
жизнь и которая в самые трудные минуты становилась для
нее единственной опорой. Эту эпитафию можно расценивать
и как укор, адресованный представителям ее поколения, увлек-
шимся нацистской идеологией с характерным для нее расиз-
мом и ксенофобией. Мейтнер сохранила уважение к человеку
в то время, когда многие, к сожалению, это уважение утратили.
Она неоднократно становилась жертвой несправедливо-
сти, причем из-за вполне конкретных людей и обстоятельств.
Благодаря решимости и поддержке со стороны семьи Мейтнер
смогла преодолеть социальные и юридические препоны, кото-
рые не позволяли ей учиться и впоследствии заниматься люби-
мым делом — исследованиями. Когда Лиза начала сотрудничать
с химической лабораторией в Берлине, ей выделили для иссле-
дований небольшую комнатку в подвале, поскольку женщинам
доступ в здание был запрещен. И все же трудности не стали для
нее непреодолимым препятствием и не помешали совершить
важнейшие открытия. Впоследствии, когда исследовательницу
начали притеснять за еврейское происхождение, ей оставалось
7
только бежать, и Мейтнер оставила работу в Берлине, коллег,
друзей и личные вещи. Она села в поезд, уносивший ее от преж-
них исследований, и это, конечно же, повлияло на дальнейшую
карьеру Мейтнер.
В те годы быть женщиной, да еще иметь еврейские корни
было слишком тяжким бременем и препятствием, которое,
в частности, встало между Мейтнер и Нобелевской премией
по химии за открытие расщепления ядра. Ее незаслуженно
обошли, в то время как работавший рядом Отто Ган получил все
лавры за это общее достижение. Горечь несправедливости отча-
сти сгладили врученные Мейтнер впоследствии медаль Макса
Планка — наивысшая награда по физике в Германии — и пре-
мия Энрико Ферми в США. Исследовательница присутство-
вала на открытии в 1959 году Института ядерных исследований
Гана — Мейтнер, основанного при поддержке Вилли Брандта,
мэра Берлина в то время (учреждение существует до сих пор
и называется Берлинским центром Гельмгольца). Посмерт-
ным признанием заслуг исследовательницы стало учреждение
в 2000 году премии в ее честь по ядерной физике, присужда-
ющейся раз в два года Европейским физическим обществом
за наиболее выдающиеся теоретические, экспериментальные
и прикладные работы в данной области. Не стоит забывать
и о 109-м элементе периодической таблицы, названном в честь
Мейтнер — «величайшего ученого века», по заявлению иссле-
дователей, синтезировавших новое вещество. Мейтнерий (Mt)
был создан в 1982 году, а свое название получил в 1997-м.
По словам английского физика Джеймса Чедвика, содру-
жество Мейтнер и Гана было «одним из самых плодотворных
за всю историю науки». Это длительное партнерство продолжа-
лось с перерывами на протяжении трех десятилетий, и только
приход нацистов к власти смог его разрушить. Мейтнер была
физиком, Ган — химиком, и оба они приложили свою мудрость
и способности к разрешению множества важных задач, среди
которых выделяется задача расщепления ядра. Знание прин-
ципов физики, как это было в случае с Мейтнер, и талант хи-
мика-экспериментатора Гана стали ключевыми для решения
головоломки, не поддававшейся ученым в течение нескольких
8
ВВЕДЕНИЕ
лет. Помимо расщепления ядра, Мейтнер в сотрудничестве
с Ганом смогла выделить новый элемент, протактиний (Ра),
с коротким периодом полураспада.
«Расщепление» означает раскол, разъединение, разделе-
ние. Под термином «расщепление ядра» понимается деление
атомного ядра. В ядре, расположенном в центре атома, скон-
центрирована практически вся его масса. Ядро состоит из двух
типов частиц — положительно заряженных протонов и не име-
ющих заряда нейтронов. Среди элементов с наибольшим ко-
личеством частиц в ядре можно назвать уран с 92 протонами
и разным количеством нейтронов; при изменении количества
нейтронов образуются так называемые изотопы, в данном слу-
чае — изотопы урана. Для их точной идентификации указыва-
ется массовое число (сумма протонов и нейтронов), так что мы
говорим об уране-234, уране-235 и уране-238.
Уран в начале XX века вызывал большой интерес ученых.
Этот элемент очень нестабилен, его ядро разделяется спон-
танно, при этом наблюдаются два типа распада: альфа-распад
(испускается частица, состоящая из двух протонов и двух ней-
тронов) и бета-распад (испускается один электрон). Во времена
Мейтнер уран считался элементом с самым большим атомным
числом. О существовании элементов с большим количеством
протонов ничего не было известно, так что уран замыкал перио-
дическую таблицу.
У многих ученых задача определить возможность суще-
ствования элементов с большим атомным числом вызывала
огромный интерес. Эти гипотетические элементы были на-
званы трансурановыми. Сам Энрико Ферми провел серию опы-
тов по бомбардировке урана нейтронами и пришел к выводу,
что при этом образуются некие элементы, которые могут быть
трансурановыми, а также возникают трудно интерпретируемые
цепные реакции. Опыты по бомбардировке урана нейтронами
воспроизвели другие ученые, среди которых были Мейтнер
и Ган. Исследования продолжались в течение нескольких лет,
и задержка в их корректной интерпретации объяснялась су-
ществовавшими в тот момент представлениями в области фи-
зики и химии. В конце концов Мейтнер и Ган смогли доказать,
ВВЕДЕНИЕ
9
что бомбардировка нейтронами вызывает деление ядра урана
на две части.
В ту эпоху многие ученые в разных странах соверши-
ли важнейшие открытия, касавшиеся природы атомов. Эти
открытия постепенно дополняли друг друга, пока не выри-
совалась невероятно сложная теоретическая картина, под-
твержденная экспериментально. В основе нового понимания
структуры материи лежат открытия, сделанные уникальными
физиками XX века — новозеландцем Эрнестом Резерфордом,
французской парой Ирен Кюри и Фредериком Жолио, амери-
канцем Эрнестом Лоуренсом и итальянцем Энрико Ферми.
Возможно, самым ценным следствием открытия расщепле-
ния атома стала возможность использовать огромное количе-
ство энергии, содержащееся в каждом ядре и выделяющееся при
его распаде. После деления ядра уран превращается в более лег-
кие химические элементы, такие как криптон и барий. Мейтнер
доказала, что энергия, высвобождающаяся при распаде, то есть
энергия, потенциально содержащаяся в ядре, может быть рас-
считана на основе соотношения материи и энергии, открытого
Альбертом Эйнштейном в его теории относительности. Так
как сумма массы продуктов распада немного меньше первона-
чальной массы атома, мы вслед за Эйнштейном можем сказать,
что разница масс трансформируется и высвобождается в виде
энергии.
Количество энергии, выделяющееся при расщеплении од-
ного ядра, может показаться незначительным в абсолютных ве-
личинах, но при распаде урана также испускаются нейтроны.
Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызвать новые расщепле-
ния. Энергия от таких цепных реакций расщепления называ-
ется ядерной энергией. Процесс цепной реакции открыли Лео
Силард и Энрико Ферми. Предполагалось, что расщепление
высвобождает силы, заключенные внутри атомов. Понимание
механизмов их взаимодействия является фундаментальным ус-
ловием контроля и возможности использования этих сил.
Расщепление ядра исторически связано с датой 6 августа
1945 года, когда бомбардировщик Enola Gay поднялся с Мари-
анских островов, чтобы через шесть часов сбросить ядерную
10
ВВЕДЕНИЕ
бомбу на город Хиросима. Разрушительная мощь «Малыша»
(от англ. Little Boy), как назвали эту бомбу, превосходила мощь
любого другого оружия, когда-либо изобретенного человеком.
Мейтнер неизменно отказывалась от участия в разработке бом-
бы, хотя ее приглашали присоединиться к Манхэттенскому
проекту. Несколько лет спустя Мейтнер, занимавшаяся иссле-
дованиями, направленными на мирное использование ядерной
энергии, согласилась сотрудничать в этой сфере с Междуна-
родным агентством по атомной энергии ООН. В 1950-х годах
начали возникать многочисленные проекты, связанные с ком-
мерческим использованием ядерной энергии, — в это время по-
явились первые атомные станции, вырабатывающие электри-
чество.
Лиза Мейтнер стала первой женщиной, получившей док-
торскую степень Венского университета, — небывалое событие
для университета с 500-летней историей. Она пользовалась
уважением и дружбой таких великих ученых, как Макс Планк,
Альберт Эйнштейн и Людвиг Больцман. Эйнштейн называл
Мейтнер «нашей Марией Кюри». Большая любительница де-
батов, она вела жаркие дискуссии по квантовой физике с основ-
ными представителями этого направления — Нильсом Бором
и Вернером Гейзенбергом — на научных встречах, в том числе
на Сольвеевских конгрессах. Атмосфера взаимного доверия
развеялась с приходом нацистов. Мейтнер упрекала физиков
немецкого происхождения Гана и Гейзенберга за то, что в на-
ционал-социалистический период они предпочли закрыть глаза
и не замечать, что творит правительство. Несмотря на то что
после Второй мировой войны перед исследовательницей не-
сколько раз открывалась возможность вернуться в Германию,
она отвергала такой вариант, потому что не могла представить
себе сотрудничество с учеными, которые способствовали на-
цизму или как минимум мирились с ним. Она объясняла, что
вернуться ей не позволяли «моральные принципы». Когда
до Мейтнер дошли сведения о Бухенвальде и Берген-Бель-
зене, она написала Гану, что «нужно заставить таких людей,
как Гейзенберг, посмотреть на эти лагеря и замученных людей,
и на миллионы таких, как он». Лиза считала, что немцы
ВВЕДЕНИЕ
11
не имеют права прикрываться своим незнанием, она утверж-
дала: «Вы просто не хотели видеть — это было слишком непри-
ятно».
Мейтнер стала для многих не только научным, но и мо-
ральным авторитетом. Ее стремление к знаниям, казалось,
могло преодолеть все барьеры, а сама она в своем выступлении
на конференции ЮНЕСКО в 1953 году утверждала:
«Наука побуждает людей бескорыстно искать истину и стремить-
ся к объективности, учит с удивлением и восхищением принимать
правду, не говоря о глубоком изумлении и радости, которые дает
настоящему ученому знание естественного порядка вещей».
12
ВВЕДЕНИЕ
1878 В Вене (столице Австро-Венгерской
империи) 7 ноября родилась Лиза
Мейтнер, третья из восьми детей Фи-
липпа Мейтнера и Хедвиг Сковран.
1901 Начинает изучать физику в Венском
университете.
1902 Посещает занятия Людвига Больцмана.
1906 Становится первой женщиной, полу-
чившей докторскую степень в Венском
университете, и начинает исследова-
ния радиоактивности.
1907 Переезжает в Берлин, чтобы слушать
лекции Макса Планка. Здесь знакомит-
ся с Отто Ганом.
1908 Мейтнер открывает явление радиоак-
тивной отдачи: ядро после испускания
частицы испытывает нечто похожее
на отдачу при выстреле.
1912 Становится ассистентом Планка. При-
ступает к работе в только что открытом
Институте химии имени кайзера Виль-
гельма.
1915 Решает в качестве добровольца всту-
пить в австрийскую армию как техник-
рентгенолог. Ган начинает заниматься
разработками ядовитых газов.
1918 Мейтнер и Ган публикуют статью об от-
крытии 91-го элемента периодической
таблицы, который после некоторых
размышлений получает название про-
тактиний (Ра).
1921 Отправляется в Копенгаген, где у нее
завязывается крепкая дружба с Ниль-
сом Бором. Через два года становится
профессором Берлинского универси-
тета, где работает в течение десяти лет.
1933 К власти приходит Гитлер. Издается
указ, согласно которому Мейтнер за-
прещено преподавать.
1934 Внимательно следит за исследования-
ми Энрико Ферми по трансурановым
элементам. Вместе с Ганом и впослед-
ствии со Штрассманом начинает ис-
следования трансурановых элементов.
1938 Происходит аншлюс Австрии. В июне
покидает Германию. Год спустя вместе
с Отто Фришем публикует результат
интерпретации опыта Гана — Штрасс-
мана.
1947 Оставляет Институт Манне Сигбана
и переходит в отдел физики Коро-
левского технологического института
Стокгольма.
1949 Мейтнер и Ган получают медаль Планка.
1959 Открывается Институт ядерных ис-
следований Гана — Мейтнер в Берлине.
1966 Вместе с Ганом и Штрассманом полу-
чает премию Энрико Ферми за откры-
тие расщепления атома.
1968 Умирает в Кембридже (Великобрита-
ния) 27 октября.
ВВЕДЕНИЕ
13

ГЛАВА 1
Одна зимняя прогулка
Самым главным вкладом Лизы Мейтнер
в науку уже на закате карьеры стало открытие
расщепления атома. Впервые ей удалось представить себе
механизм этого процесса во время зимней прогулки
со своим племянником, тоже ученым, Отто Робертом
Фришем. Однако это открытие было не случайностью,
а результатом многолетней работы Мейтнер
с Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.

В конце 1938 года Лиза Мейтнер получила письмо от своего
коллеги, немецкого химика Отто Гана (1879-1968). Мейтнер
было уже 60 лет, она жила в Стокгольме и работала в Нобе-
левском институте физики, научном учреждении, директором
которого был физик Карл Манне Георг Сигбан. После бег-
ства Мейтнер из нацистской Германии институт дал ей рабо-
ту, но друзей он ей предоставить не мог, и исследовательница
в Швеции страдала от одиночества и отсутствия хорошей ла-
боратории. До этого она работала в одном из главных научных
учреждений Германии, где у Мейтнер сложилась блестящая
карьера, а теперь, на чужбине, она была вынуждена прервать
экспериментаторскую деятельность. Письмо Гана, с которым
Лиза сотрудничала в течение долгих десятилетий, удивляло:
коллега сообщал о результатах эксперимента, на который его
вдохновила именно Мейтнер.
В ходе исследований атомного ядра вместе с немецким
химиком Фрицем Штрассманом (1902-1980) Ган проводил
бомбардировку урана нейтронами по методике итальянского
физика Энрико Ферми (1901-1954). При этом ядро забирало
один нейтрон, и начинался радиоактивный процесс, приво-
дивший к бета-распаду. Однако среди продуктов реакции не-
ожиданно был обнаружен барий. Для Гана присутствие бария
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
17
было загадкой, и он решил поделиться этим со своей недавней
коллегой.
Барий — гораздо более легкий элемент по сравнению
с ураном. Для экспериментов использовались образцы чисто-
го урана, откуда же появлялся барий? Его просто не должно
было быть — все химические и физические знания эпохи никак
не объясняли возможность появления бария, принципиально
отличавшегося от урана.
Фройляйн Мейтнер — профессор Мейтнер — вынуждена
была покинуть нашу лабораторию в июле 1938 года
из-за режима Гитлера, ей пришлось уехать в Швецию.
Штрассман и я начали работать в одиночку, и осенью
1938 года мы обнаружили странные результаты.
Отто Ган
Для выделения и идентификации элементов Ган исполь-
зовал очень точный химический процесс — фракционную кри-
сталлизацию, так что возможность ошибки была невелика.
В письме Гана мы читаем:
«Возможно, ты натолкнешься на какое-нибудь фантастическое
объяснение. Известно, что [уран] не может взорваться просто так
и превратиться в барий».
В ядре бария 56 протонов, то есть примерно половина про-
тонов урана, которых 92. Самым простым объяснением каза-
лось, что после того как нейтрон поглощается ядром урана, он
вызывает реакцию, после которой первоначальное ядро делится
пополам. Однако знания о радиоактивности не позволяли уста-
новить точный механизм этого процесса.
В конце 1930-х годов существовало убеждение, что ядро —
это плотная стабильная структура в центре атома, и казалось
невозможным, что оно может распасться надвое из-за погло-
щения частицы, не имеющей электрического заряда, такой
18
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
ГАН ПИШЕТ МЕЙТНЕР
Письмо, отправленное Ганом Мейтнер,
датировано 19 декабря 1938 года.
Оно было написано прямо из лабора-
тории — словно ученому не терпелось
обратиться к коллеге, не откладывая
это до возвращения домой. В письме
мы читаем:
«Дорогая Лиза!
Сейчас уже 11 вечера. В 11:45 при-
дет Штрассман, и возможно, тогда
я, наконец, смогу пойти отдохнуть.
Кстати, насчет «изотопов радия» есть
кое-что настолько важное, что сейчас
мы можем рассказать об этом только
тебе. Полужизни трех изотопов были
определены достаточно точно, они
могут отделяться от всех элементов,
кроме бария, все реакции возможны
с радием. Но одна из них нелогична,
по крайней мере очень необычна —
фракционирование не работает. Наши
Отто Ган в 1938 году.
изотопы радия ведут себя, как будто являются барием. [...] Пожалуйста, по-
думай, есть ли этому какое-то объяснение. Может быть, существует изотоп
бария с атомным весом гораздо выше 137? Если тебе придет в голову что-
нибудь, что можно опубликовать, это будет в некотором роде наша общая
работа — всех троих».
Барий и радий относятся к одной группе, стоят в одной колонке перио-
дической таблицы. Это означает, что они обладают схожими химическими
характеристиками, а главное их различие заключается в массе. Радий на-
ходится близко от урана, поэтому его присутствие при поглощении ядром
нейтрона можно было предсказать, но появление бария было абсолютно
необъяснимым.
как нейтрон. Раньше некоторым физикам удавалось в резуль-
тате бомбардировки ядра вырвать несколько протонов, но они
не могли и представить, каким образом может разделиться
тяжелое ядро урана. Научное сообщество во главе с Энрико
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
19
Ферми пришло к выводу, что при поглощении нейтрона в ядре
урана начинается серия реакций, в результате которых обра-
зовываются атомы с большим атомным числом, чем сам уран.
Обнаружение бария было удивительным и неожиданным: этот
факт не соответствовал теоретической модели, на которую опи-
рались физики и химики той эпохи. Объяснить его можно было
или ошибкой в постановке и осуществлении эксперимента, или
тем, что некоторые предпосылки общепринятых знаний были
ошибочны.
Мейтнер следила за научным прогрессом в данной теме,
несмотря на сложные жизненные обстоятельства, в результа-
те которых она оказалась в Швеции. Исследовательнице при-
шлось покинуть дом, буквально сбежать из Германии с двумя
чемоданами в руках и меньше чем десятью марками в кармане.
Вскоре после побега Лиза узнала, что ее зять арестован и от-
правлен в концлагерь. Впоследствии его освободили, но Мейт-
нер очень переживала за близких, оставшихся в Германии. Ее
научное будущее также оставалось неясным: все шло к тому,
что после стольких лет работы в Институте кайзера Вильгель-
ма в Берлине, рука об руку с самыми знаменитыми учеными
эпохи, она будет вынуждена завершить карьеру.
На Рождество Мейтнер ждала в гости своего племянника
Отто Роберта Фриша, который под влиянием тети также зани-
мался физикой и работал в то время в Копенгагене, в Институ-
те физики под руководством Нильса Бора. Фриш вспоминал:
«Лиза Мейтнер находилась в Швеции одна, поэтому я вызвался
навестить ее. [...] Когда я приехал, она была погружена в размыш-
ления из-за письма Гана».
Мейтнер и Фриш встретились в Кунгэльве, рядом со Сток-
гольмом, где жила подруга Лизы, Эва фон Бар-Бергиус. Она
также была физиком-экспериментатором, и дружба исследо-
вательниц началась несколько десятилетий назад в Берлине.
В эти трудные времена фон Бар-Бергиус оказывала значитель-
ную поддержку Мейтнер.
20
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
Фриш приехал в отель в Кунгэльве поздно вечером. Утром
за завтраком он встретился с теткой, и разговор сразу же начал
вращаться вокруг загадочного присутствия бария. Мейтнер
сказала племяннику:
«Барий... Не могу в это поверить. Здесь должна быть какая-то
ошибка. От одного удара ядро не может разлететься на сотню ча-
стиц. Это фантастика. Кажется невозможным, что это может сде-
лать один нейтрон».
По ее словам, она полностью доверяла Гану, поскольку
не раз убеждалась в его больших способностях как химика, так
что возможность ошибки была исключена.
Фриш и Мейтнер решили выйти прогуляться. Шел снег,
поэтому Фриш надел лыжи, а Лиза шла рядом с ним. Необхо-
димо было найти барию место в реакции. Согласно имевше-
муся пониманию ядра, отрицалась сама возможность того, что
воздействие одного нейтрона может вырвать такое большое
количество протонов. Кроме того, даже если ядро можно раз-
делить, для этого необходимо огромное количество энергии,
которое невозможно было получить в лаборатории Гана. И во-
обще нейтрон как частица, не обладающая зарядом, казалась
достаточно безобидной, неспособной дестабилизировать атом-
ное ядро.
Для Мейтнер логичной была мысль о том, что атом ура-
на разделился, — это доказывало и присутствие бария. Но это
означало, что модель атомного ядра требовала доработки.
Оба ученых знали теорию советского физика Георгия Гамова
(1904-1968), которую поддерживал и датчанин Нильс Бор
(1885-1962): атомное ядро можно представить как каплю воды
(см. рисунок). Согласно этой концепции атомное ядро не яв-
ляется плотной жесткой структурой, а может принимать раз-
ные формы, словно жидкость, которая сохраняет стабильность
только благодаря силам поверхностного натяжения.
Если отталкиваться от такой модели ядра, разделение ура-
на уже не казалось невозможным. Представим ядро как каплю
воды. После воздействия одной частицы капля деформируется,
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
21
Нейтрон
Сферическое ядро
маленькие капли
образуется продолговатая фигура,
которая в конце концов разделяется
на две части.
Уран с его массивным атомом
в каком-то смысле имел все основания
для такого разделения. Фриш писал:
«Ядро урана было похоже на каплю, нахо-
дящуюся в движении, нестабильную, гото-
вую разделиться, как только появится не-
обходимый возбуждающий стимул».
Тетка и племянник долго шли
по горной дороге между деревьев,
а потом решили присесть на упавший
ствол — отдохнуть, а заодно рассчи-
тать, какой энергетический обмен дол-
жен происходить при реакции, и таким
образом проверить возможность раз-
Модель
атомного ядра
в виде капли
воды и этапы,
предшествующие
делению ядра.
деления ядра. Мейтнер достала из кар-
мана клочок бумаги, они схематически изобразили процессы,
которые могли происходить в ядре, и принялись за расчеты.
С одной стороны, нужно было учитывать поверхностное
натяжение ядра, то есть его устойчивость к деформации. При
разделении ядра урана должны были образовываться два ядра,
оба с положительным зарядом, что вызвало бы сильное взаим-
ное отталкивание. По расчетам Мейтнер сила отталкивания
должна была быть порядка 220 МэВ.
И вся эта энергия содержалась в ядре урана — не так уж
мало для одного атома. Мейтнер снова посмотрела на атомную
массу урана и сумму атомных масс двух получившихся фраг-
ментов. Они отличались на величину, эквивалентную 1/5 мас-
сы протона. Применив формулу Эйнштейна Е = тс2, Мейтнер
рассчитала, что пятая часть массы протона равна энергии по-
рядка 200 МэВ. Этот результат соответствовал предположени-
ям, и ее догадка неожиданно получила подкрепление. Мейтнер
и Фриш вернулись с прогулки, убежденные в том, что атомное
22
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
ВВЕРХУ:
Отто Ган с Лизой
Мейтнер
в лаборатории
в Берлине,
1913 год.
ВНИЗУ СЛЕВА:
Мейтнер
в 1946 году.
ВНИЗУ СПРАВА:
Отто Ган
в 1944 году
на вручении
Нобелевской
премии по химии
за открытие
расщепления
тяжелых ядер.
Премия была
вручена ему
в 1945 году.
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
23
ядро не обладает плотной жесткой структурой: напротив, оно
может принимать разные формы, словно капля воды. На ос-
новании этого они разработали модель, которая описывала бы
результаты расщепления ядра, и эта модель находит подтверж-
дение в современной нам физике.
Фриш вернулся в Копенгаген, а Мейтнер — в Стокгольм.
Им оставалось совсем немного доработать свою теорию, но это
можно было сделать и по телефону. Если быть более точны-
ми, ученых волновало, как определить, по словам Мейтнер,
«огромное количество энергии, высвобождаемой в процессе
расщепления». Они придумали способ характеристики про-
дуктов ядерной реакции: «или измерить ионизацию фрагмен-
тов, выталкиваемых большим количеством энергии, — этот
метод предложил и реализовал Фриш, или собрать продукты
расщепления в зависимости от их радиоактивной отдачи —
это предложила я, а Жолио впоследствии реализовал на прак-
тике».
Фриш был очень взволнован открытием и поспешил поде-
литься им с Бором, однако тот как раз отплывал в США, так что
смог уделить молодому ученому всего несколько минут. Бор,
услышав о ходе рассуждений Мейтнер и Фриша, сразу понял,
что в руках ученых все это время были все детали головоломки,
но сложить их в целую картину помогло только озарение Мейт-
нер. Бор воскликнул: «Какими же мы были идиотами! Это пре-
красно! Это так, как и должно быть. Вы с Лизой Мейтнер уже
написали статью об этом?» Фриш ответил: «Пока нет, но мы
скоро ее напишем». Позже один биолог объяснил Фришу, что
процесс деления клеток называют расщеплением, — так же
Фриш решил назвать и ядерный процесс, который они с теткой
смогли объяснить.
Статья появилась в журнале Nature в начале 1939 года под
заголовком «Распад урана под воздействием нейтронов: новый
вид ядерной реакции». Авторы — Лиза Мейтнер и Отто Фриш.
Незадолго до этого вышла статья Отто Гана и Фрица Штрасс-
мана, в которой они рассказывали о том, что после бомбарди-
ровки урана нейтронами обнаружили присутствие бария.
24
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
ЗИМНЕЕ ОТКРЫТИЕ
В биографическом тексте «Разгадки и промахи ядерной энергии* Мейт-
нер описывает свою прогулку с племянником по свежевыпавшему снегу
и момент, когда они смогли представить себе ядро в виде капли воды.
Мейтнер пишет об этом так:
«В ходе нашей дискуссии мы пришли к следующему: если ядро урана, облада-
ющее высоким зарядом, поверхностное натяжение которого ослаблено из-
за взаимного отталкивания протонов, достигает благодаря поглощаемому
нейтрону коллективного движения соответствующей интенсивности, то оно
может растягиваться; все большее растягивание приводит к делению на два
более легких ядра, примерно равных между собой, которые стремятся раз-
делиться еще больше из-за взаимного отталкивания. Согласно нашим рас-
четам, энергия, высвобождаемая в ходе процесса, равна 200 МэВ. Так как
процесс напоминал деление клеток, мы по предложению Фриша назвали его
расщеплением. Мы подчеркиваем, что данное исследование не публикова-
лось ранее, и заметку о нем называем A New Type of Nuclear Reaction [«Новый
вид ядерной реакции*]*.
Мейтнер говорила, что они с племянником направили
статью в Nature 16 января 1939 года. До того как номер вышел
из печати, Бор прибыл в США. В пути его сопровождал бель-
гийский физик Леон Розенфельд (1904-1974), с которым Бор
в деталях обсудил процесс расщепления. Бор обещал не раз-
глашать полученные от Фриша сведения до публикации их
с Мейтнер статьи, но Розенфельд или не знал об этой догово-
ренности, или сделал вид, что не знал, и на своих первых лек-
циях в Штатах сообщил аудитории об открытии. Это стало
сенсацией, многие из слушателей, среди которых были физики
Калифорнийского университета, решили повторить опыт, дока-
зывающий возможность расщепления. Скоро новость облетела
все научное сообщество.
Открытие расщепления ядра не было случайным. Вдох-
новение, посетившее Мейтнер в то снежное утро, стало заслу-
женным вознаграждением за долгие годы кропотливой работы,
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
25
во время которых исследовательнице пришлось столкнуться
с множеством неизвестных — как в научной деятельности, так
и в трудовых и личных отношениях. Жизнь Мейтнер являет-
ся примером противоречий и несправедливостей, характерных
для той эпохи, но она также пример преодоления всех преврат-
ностей судьбы — преодоления, совершенного любознательным
ученым, больше всего на свете стремящимся разгадать тайны
окружающего мира.
26
ОДНА ЗИМНЯЯ ПРОГУЛКА
ГЛАВА 2
Радиоактивность
В начале XX века
радиоактивность стала
наиболее увлекательным
физическим явлением, удивительным
и многообещающим. Физика привлекала
Мейтнер с детства, и свою карьеру Лиза
начала с изучения радиоактивности,
а если быть более точными —
с рассеяния альфа-частиц.

В конце XIX века были сделаны несколько важных открытий,
потрясших основы физической науки. С классической физики,
занимавшейся механикой, термодинамикой или оптикой, ин-
терес ученых сместился к новым теоретическим горизонтам:
квантовой теории, ядерной физике, или физике частиц, и тео-
рии относительности. Феномен ядерного расщепления необ-
ходимо рассматривать в общем контексте развития ядерной
физики.
Изучение радиоактивности открыло дорогу к понима-
нию внутреннего строения атома. Радиация, испускаемая не-
которыми элементами, такими как уран, была зафиксирована
в виде частиц или излучения. Начало XX века ознаменовалось
еще одним великим открытием новой физики — специальной
теорией относительности Альберта Эйнштейна. Он открыл
эквивалентность массы и энергии. «Масса и энергия — раз-
личные проявления одного», — так записал немецкий гений
в 1905 году. Эта идея была воплощена в формуле: Е - тс2, в ко-
торой Е — это энергия, т — масса, с — скорость света, универ-
сальная постоянная, равная «3 • 108м/с. Материя — это энер-
гия, расщепление ядра — один из феноменов, в котором про-
является эта эквивалентность.
Это был невероятный период для физики. Тот, кто, как
Мейтнер, начал свои исследования в начале XX века, посто-
РАДИОАКТИВНОСТЬ
29
янно наталкивался на новые захватывающие идеи. Неудиви-
тельно, что Лиза увлеклась исследовательской работой и сра-
зу же заинтересовалась опытами по радиоактивности, обнару-
жив свое призвание к науке, в котором позже и черпала силы
для преодоления всех препятствий на этом пути.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ
Радиоактивность была удивительным явлением, новой, неис-
следованной территорией. До 1896 года никто не мог и пред-
ставить, что внутри материи могут спонтанно протекать подоб-
ные процессы, но именно в этот год Антуан Анри Беккерель
(1852-1908) открыл радиоактивность.
Беккерель изучал рентгеновские лучи, открытые за год
до этого, чтобы выяснить, связаны ли они с флуоресценцией —
явлением, при котором некоторые минералы поглощают энер-
гию в виде электромагнитного излучения (например, видимого
света) и потом испускают ее, также в виде электромагнитного
излучения, но при этом длина волны отличается от первона-
чальной. Это явление не зависит от температуры материала;
например, существуют минералы, светящиеся при темпера-
туре окружающей среды. В отличие от других люминесцент-
ных процессов, таких как фосфоресценция, при исчезновении
источника энергии, возбуждающего минерал, флуоресцентное
свечение также исчезает.
Беккерель начал изучать разные флуоресцентные эле-
менты, проверяя, испускают ли они рентгеновские лучи под
воздействием света. Он взял соль урана, подверг ее воздей-
ствию солнечного света, а затем разместил на фотопластинке,
прикрыв тканью. Беккерель обнаружил, что на пластинке от-
печатались очертания кусочка соли урана, и решил: это под-
тверждение гипотезы о том, что солнечные лучи возбуждают
материал, а затем испускаются в виде рентгеновского излуче-
зо
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ния в ходе процесса флуоресценции. На другой день он решил
повторить эксперимент, но было облачно. В соответствии
с гипотезой ученого отсутствие солнца не позволяло индуци-
ровать флуоресценцию в минерале, так что Беккерель убрал
уран и пластинку в ящик стола. К его удивлению, через не-
сколько дней на пластинке он обнаружил такой же отпечаток,
как и после воздействия солнечного света. Это означало, что из-
лучение, испускаемое ураном, имеет мало общего с рентгенов-
скими лучами и флуоресценцией. Также Беккерель поместил
между ураном и фотопластинкой медный крест, и его силуэт
проявился на пластинке в виде тени. Речь шла о неизвестном
явлении, которое несколько лет спустя было названо радиоак-
тивностью.
[Лиза Мейтнер] это наша Мария Кюри.
Альберт Эйнштейн
Неподалеку от Музея естественной истории, где работал
Беккерель, молодая женщина-исследователь польского про-
исхождения начала заниматься только что открытой радиа-
цией и посвятила ей свою диссертацию. Речь идет о Марии
Кюри — первой женщине, получившей Нобелевскую премию
(в 1903 году по физике), и первом исследователе, получившем
Нобелевскую премию дважды (второй раз — в 1911 году, по хи-
мии). Вместе с мужем Пьером Кюри Мария принялась искать
другие вещества, для которых была свойственна радиоактив-
ность, и супруги обнаружили торий, полоний (назван в честь
родины Марии Кюри) и радий. Для определения атомного веса
радия требовались тысячи тонн урановой смолки — минерала,
содержащего ничтожное количество урана (примерно один
грамм чистого урана на килограмм минерала) и таящего в себе
интенсивный источник радиации. После напряженных трудов
Кюри удалось получить достаточное количество материала
и произвести фундаментальное исследование.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
31
КАТОДНЫЕ И РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
Изучение катодных лучей началось после наблюдения учеными любопыт-
ного феномена. В1857 году Генрих Гейслер (1814-1879), занимавшийся
изготовлением стеклянных трубок, изобрел вакуумный насос — устройство
для откачки воздуха из сосуда, позволявшее получить в трубке низкое
давление. Разместив внутри такой трубки электроды, он обнаружил, что
в ней возникает странное свечение. Позже английский химик Вильям
Крукс (1832-1919) усовершенствовал вакуумный насос и наблюдал то же
явление, но у него трубка не освещалась внутри, а свет концентрировался
в одном из ее концов, прямо на стекле. Если внутри трубки, между электро-
дом и ее концом, расположить какой-либо объект, например мальтийский
крест, на противоположном конце трубки отпечатается тень этого объ-
екта (см. схему). Это означало, что катод испускает какой-то луч, колли-
мированный свет, проявляющийся на стенке трубки. Если на этой стенке
размещали фосфоресцентное вещество, оно под воздействием луча на-
чинало светиться. В отличие от флуоресценции, фосфоресценция мине-
рала продолжается, даже когда источник возбуждения убирают. Период
отдачи света может длиться от нескольких долей секунды до нескольких
лет — этим объясняется свечение таких минералов в темноте. Так были
открыты катодные лучи, то есть испускание электронов.
32
РАДИОАКТИВНОСТЬ
После трубки Крукса
Изучая природу новых лучей, венгерский физик Филипп Ленард (1862-
1947) сделал важное открытие, благодаря которому получил Нобелевскую
премию по физике в 1905 году. Ленард хотел попробовать исследовать
лучи вне трубки Крукса. Проблема состояла в том, что для создания ваку-
ума нужно было стекло, — без этого невозможно было получить катодные
лучи, но с другой стороны, этот материал поглощает лучи, поэтому их невоз-
можно изучать, находясь снаружи сосуда. Необходимо было сделать сосуд
из другого материала, при этом в нем нужно было создать внутренний
вакуум, но катодные лучи должны каким-то образом выходить из сосуда.
В конце концов Ленард понял, что если на стенке сосуда сделать малень-
кую щель, которая впоследствии в его честь была названа окном Ленарда,
и прикрыть ее алюминием, лучи смогут «убегать* через нее, — это было
обнаружено с помощью фосфоресцирующего вещества, расположенного
в нескольких сантиметрах от трубки. Так было установлено, что лучи могут
проходить сквозь алюминий и освещать фосфор. При этом если фосфо-
ресцирующее вещество размещали на расстоянии более 10 см от труб-
ки, воздух ослаблял лучи, препятствуя индуцированию фосфоресцентного
минерала.
Загадочные лучи
В 1895 году немецкий физик, профессор Университета Вюрцбурга Виль-
гельм Рентген (1845-1923) заинтересовался экспериментами Филиппа
Ленарда. Рентген даже устроил дома маленькую лабораторию для изуче-
ния катодных лучей в трубках с окнами Ленарда. Однажды вечером он,
чтобы помешать выходу катодных лучей, закрыл алюминиевое окошко
куском картона. После этого Рентген подключил к трубке напряжение
и неожиданно увидел свечение на расстоянии метра. После отключения
напряжения свечение исчезало. В этом опыте освещался экран, покрытый
платиноцианистым барием — флуоресцентным веществом. Результаты
опыта показали, что обнаруженные лучи отличаются от катодных: воздух
не поглощал их, более того, лучи могли проходить сквозь разные матери-
алы. Исследователь сделал вывод, что процессы, происходящие в трубке
Крукса, вызывают новый вид излучения с высокой проникающей способ-
ностью. Новое излучение проходило через твердые материалы и живые
ткани (это было доказано с помощью опыта, в котором был сделан снимок
руки жены ученого), присутствие лучей можно было установить по воз-
буждающему действию, которое они оказывали на флуоресцентные ма-
териалы. Так были открыты Х-лучи, которые сегодня широко применяются
в медицине. Благодаря этому открытию была учреждена Нобелевская пре-
мия по физике, впервые врученная в 1901 году, — конечно же, лауреатом
стал Рентген.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
33
ЭЛЕКТРОН
Открытие электрона неразрывно
связано с исследованиями трубки
Крукса и наблюдениями за катод-
ными лучами. Крукс заметил, что
катодные лучи под воздействием
магнитного поля отклоняются, и это
позволило ему установить их от-
рицательный заряд. В 1896 году
британский ученый Джозеф Джон
Томсон (1856-1940) провел серию
опытов, установив, что катодные
лучи состоят из частиц (или корпу-
скул, как он их сам называл). Том-
сону удалось создать трубку Крукса
со степенью разрежения, наиболее
близкой к абсолютному вакууму.
Воздействуя электромагнитным по-
лем на области вокруг трубки, уче-
ный смог определить глобальное
соотношение массы и заряда элек-
тронов. Используя разные матери-
В -пудинговой» модели атома,
предложенной Томсоном, отрицательно
заряженные электроны равномерно
распределяются в положительно
заряженном облаке, словно изюм
в пудинге.
алы для катода и анода, изменяя
разреженные газы в трубке, он сделал вывод, что обнаруженная частица
едина для атомов любых элементов. Эти опыты привели его к созданию
атомной модели, которую назвали «пудинговой»: атом состоял из электро-
нов, которые, словно изюм в пудинге, равномерно располагались в по-
ложительно заряженном облаке. Заряды облака и электронов взаимно
компенсируются.
ТИПЫ РАДИОАКТИВНОСТИ
Открытие новых радиоактивных элементов стало важным
шагом, но необходимо было проанализировать и другие
аспекты этого явления. Новозеландский физик Эрнест Резер-
форд (1871-1937) вместе с английским химиком Фредери-
ком Содди (1877-1956) стали авторами самых невероятных
открытий в этой области, когда в 1935 году в Университете
34
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Макгилла в Канаде опубликовали данные о том, что радиоак-
тивность проявляется в виде разных типов излучения, кото-
рые различаются по проникающей способности (а также, как
стало известно позже, по электрическому заряду). Резерфорд
назвал альфа-излучением радиацию с наименьшей проникаю-
щей способностью. Впоследствии сам ученый подтвердил, что
альфа-частицы имеют положительный заряд. Бета-излучение,
в свою очередь, имеет большую проникающую способность.
Установить заряд этого вида излучения удалось Антуану Анри
Беккерелю в 1900 году: он аналогичен заряду катодных лучей,
то есть речь шла о той же частице, которую открыл Томсон не-
сколько лет назад, — электроне.
Электрон по своему размеру в соотношении с атомом подобен
бейсбольному мячику в сравнении с Землей. Или,
как утверждал Оливер Лодж, если бы мы могли увеличить
атом водорода до размера собора, электрон был бы в нем
как маленькая пылинка.
Вальдемар Кемпферт (1877-1956), американский научный редактор и писатель
Гамма-лучи были открыты последними — из-за того, что
заряд у них отсутствует. Этот тип лучей не состоял из частиц,
они были похожи на рентгеновские, хотя несли гораздо боль-
ше энергии. Гамма-лучи открыл в 1900 году Поль Виллар
(1860-1934), вначале спутавший их с рентгеновскими. Благо-
даря Резерфорду было установлено, что все это — разные виды
электромагнитного излучения.
Так как три типа излучения имеют разный заряд — поло-
жительный, отрицательный или нейтральный, — у них различ-
ная проникающая способность (см. рисунок 1), по-разному они
ведут себя и в присутствии электрических и магнитных полей
(см. рисунок 2). При прохождении через электрическое поле
альфа-лучи притягиваются к отрицательному полюсу, бета-
РАДИОАКТИВНОСТЬ
35
РИСУНОК 1.
Одна
из отличительных
характеристик
трех типов
излучения —
проникающая
способность.
РИСУНОК 2.
При воздействии
электрического
поля альфа-
частицы
(обладают
положительным
зарядом)
притягиваются
к отрицательному
полюсу, их
траектория
отклоняется
в этом
направлении,
отрицательно
заряженные бета-
частицы
отклоняются
к положительному
полюсу.
Нейтральные
гамма-лучи
сохраняют свою
прямолинейную
траекторию.
РИС. 1
Бумага
0,5 см	10 см
свинец	свинец
РИС. 2
лучи — к положительному. Траектория гамма-лучей под дей-
ствием магнитного поля не изменяется.
Все эти события разворачивались, когда Мейтнер решила
изучать физику. Но как могла молодая девушка еврейского про-
исхождения не только посвятить себя науке, но и стать одной
из главных фигур среди исследователей своей эпохи? Пришло
время обратить свой взгляд на Вену, родной город Лизы, в кото-
ром можно найти ключ к тайне ее превращения в одного из из-
вестнейших ученых своего времени.
36
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ГОДЫ В ВЕНЕ
Мейтнер родилась в 1878 году в Вене, в то время город был сто-
лицей Австро-Венгерской империи. Лиза с раннего возраста
увлекалась математикой и физикой, но женщинам было запре-
щено получать высшее образование. К счастью, именно в эту
эпоху в Австро-Венгрии начались масштабные социальные
преобразования, благоприятно отразившиеся, например, на ев-
реях, которые получили доступ к обучению в вузах. Так мечты
Лизы об изучении физики начали сбываться.
Мейтнер прожила в Вене 29 лет, но, покинув ее, больше
на родину не возвращалась, хотя и сохранила австрийское под-
данство. Ее родители, Филипп Мейтнер и Хедвиг Сковран,
были моравскими евреями. В семье росло восемь детей, Лиза —
третья из них.
С середины XIX века в Австро-Венгрии начался процесс
либеральных преобразований, которые затронули многие сто-
роны жизни. В этот период город начал стремительно расти,
принимая тысячи приезжих, которых в основном влекли бур-
ная театральная и музыкальная жизнь столицы. Но условия,
в которых должны были селиться вновь прибывшие, не всегда
можно было назвать благоприятными: тесные жилища, ужас-
ная антисанитария, отсутствие постоянных заработков при вы-
сокой безработице.
Большинство венцев исповедовали католичество, ев-
реев же в этом городе преследовали: они были ограничены
в правах по сравнению с другими жителями, как показывает
пример с университетским образованием. Положение в корне
изменилось в 1867 году, с введением конституции, защищав-
шей «фундаментальные права всех граждан». Несмотря на то
что антисемитизм по-прежнему был характерен для венского
общества, Филипп Мейтнер благодаря происходящим изме-
нениям смог получить диплом юриста и стал одним из первых
евреев, освоивших эту профессию. Филиппа очень волновала
политическая жизнь, и в его доме часто шли дискуссии о буду-
щем страны.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
37
ВЕНА, КУЛЬТУРНАЯ СТОЛИЦА ЕВРОПЫ
В1866 году в результате войны, продолжавшейся несколько недель, Ав-
стрия была разбита Пруссией, во главе которой стоял Отто фон Бисмарк.
После этого так называемые германские государства объединились вокруг
Пруссии, образовав Германскую империю, а Австрия объединилась с Вен-
грией под Австро-Венгерской короной. В конце XIX века высшее общество
Вены продолжало жить в мире корсетов и сословных привилегий — в со-
ответствии со свойственными империи представлениями. Но в этой атмо-
сфере возник и критический дух, интеллектуалы эпохи сыграли важнейшие
роли в истории различных научных дисциплин. В Вене конца XIX века жили,
например, психоаналитик Зигмунд Фрейд и великолепный музыкант Гу-
став Малер, журналист-сатирик Карл Краус, который со страниц газеты Die
Fackel («Факел») разоблачал лицемерие современного общества. Нельзя
также не отметить философов Людвига Витгенштейна и Карла Поппера,
физиков Людвига Больцмана и Лизу Мейтнер. Вся эта бурная жизнь им-
перской столицы неожиданно прервалась в 1914 году, со смертью на-
следника австро-венгерского трона и началом Первой мировой войны.
Карл Краус (слева) и Людвиг Витгенштейн были частью многообразного культурного
сообщества, сложившегося в Вене в конце XIX века.
38
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Сегодня это кажется невероятным, но глядя назад,
я поражаюсь, сколько трудностей существовало тогда
для молодых девушек. Одной из самых больших проблем
было получение нормального образования.
Лиза Мейтнер
Мейтнер впоследствии говорила о «необыкновенно стиму-
лирующей интеллектуальной атмосфере», в которой выросла
она сама, а также ее братья и сестры. Мать Лизы приложила
немало усилий, чтобы дети получили прекрасное музыкальное
образование. Все они научились играть на фортепиано, а Ав-
густа — или, как ее называли, Густи — даже стала профессио-
нальной пианисткой. Именно Густи была матерью Отто Ро-
берта Фриша, который под влиянием своей прославленной
тетки стал блестящим физиком. Как мы уже говорили, Фриш
непосредственно участвовал в исследованиях по расщеплению
ядра.
Семья Мейтнеров жила в районе Леопольдштадт, где се-
лились в основном евреи, и поэтому здесь было много сина-
гог. Мейтнеры не исповедовали никакой религии. Крещение
могло бы облегчить их жизнь, но родители предпочли, чтобы
религия не имела решающего влияния на их детей. Уже в зре-
лые годы Мейтнер решила креститься и стала протестанткой.
Лиза как-то рассказывала, что в детстве бабушка преду-
предила ее: если она будет шить в шаббат, на нее обрушатся не-
беса. Девочка захотела проверить, так ли это, и однажды в суб-
ботнее утро села вышивать. Первые стежки она делала очень
осторожно и неуверенно, но довольно скоро поняла, что ничего
страшного не происходит. Да, любопытство очень часто под-
талкивало Лизу в ее поступках. Многодетная семья Мейтне-
ров вела не очень богатую жизнь и даже испытывала стеснение
в средствах, но при этом в доме всегда было много книг, и все
дети получили высшее образование.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
39
В УНИВЕРСИТЕТЕ
Женщинам было запрещено поступать в университеты. Не было
у них доступа и к среднему образованию. Когда в 1892 году
Мейтнер закончила базовый курс школы, она не смогла про-
должить обучение. Считалось, что в этом возрасте, примерно
с 13 лет, любая молодая венка должна начать готовиться к браку
и учиться вести домашнее хозяйство. Писатель Стефан Цвейг
отзывался об этом так: «[...] именно такими общество желало
видеть молодых женщин: глупенькими и необразованными».
Единственной возможностью продолжать учебу была специ-
ализация на одном предмете, чтобы стать учительницей, — уни-
верситетского диплома для такой работы не требовалось. Лиза
выбрала французский.
Но в империи подул ветер перемен. В 1897 году женщинам
было позволено поступать в австрийские университеты, и это
стало для Мейтнер великой возможностью. В одной из бесед
с отцом она рассказала о своем желании получить образование
в области науки и попросила его поддержки. Этот путь не был
легким, но на помощь родителей девушка могла рассчитывать
всегда.
Для поступления в университет необходимо было иметь
среднее образование (что предполагало учебу в течение восьми
лет), а также сдать вступительный экзамен (Matura). Женщи-
нам, которые хотели поступить в университет, но не прошли
курс среднего образования, была предоставлена возможность
ограничиться сдачей вступительного экзамена. Курс, который
обычно слушали восемь лет, Лиза самостоятельно прошла всего
за два года. Девушка очень серьезно относилась к учебе, так что
братья даже начали подшучивать над ней: в те редкие минуты,
когда они видели Лизу без книги, они предостерегали, что ее
ждет провал на экзаменах.
Лиза была очень благодарна своему наставнику, физику
Артуру Сарваши, о котором писала: «У него был невероятный
дар преподавания математики и физики в очень увлекательной
манере». Кроме того, Сарваши показал Мейтнер некоторые
приборы, которые исследователи использовали в лаборато-
40
РАДИОАКТИВНОСТЬ
риях. В 1901 году Мейтнер отправилась сдавать экзамен вме-
сте с еще 14 претендентками, среди которых была и дочь Боль-
цмана, впоследствии оказавшего значительное влияние на ка-
рьеру Мейтнер. Выдержали экзамен только четыре девушки.
Несмотря на то что Лиза очень интересовалась физикой, она
испытывала некоторые колебания, поскольку разрывалась
между страстью к этой дисциплине и желанием оказывать по-
мощь другим:
«Когда мне было 23 года и я собиралась поступать в университет,
я лелеяла мысль о том, что буду учиться медицине, а в свободное
время — заниматься математикой и физикой».
Конец сомнениям положил отец, посоветовавший Лизе
не отклоняться от первоначальной цели:
«Отец ясно объяснил мне, что такое возможно только для гения,
каким был Герман Гельмгольц, но не для обычного человека».
Мейтнер с большим уважением относилась к советам отца,
поэтому остановила свой выбор на физике.
Она приступила к учебе в Венском университете
в 1901 году. Лиза была немного старше других студентов и при
этом одной из немногих женщин. Она постоянно чувствовала
неуверенность из-за того, что не прослушала обычную про-
грамму среднего образования, и считала, что в ее знаниях много
пробелов. Желая устранить их, Лиза записалась на изучение
множества разных дисциплин.
ПУТЬ К ФИЗИКЕ
Скрытность Мейтнер стала причиной неприятного эпизода
на одном из первых занятий по математике, что окончательно
заставило ее сосредоточиться на физике, — профессор попро-
РАДИОАКТИВНОСТЬ
41
сил Лизу найти ошибку в расчетах. Вот что вспоминала об этом
она сама:
«Мне потребовалась значительная его помощь, чтобы найти ошиб-
ку, и когда он любезно предложил опубликовать это решение под
моим именем, я поняла, что не могу на это пойти».
Профессор был очень обеспокоен отказом Мейтнер про-
должать изучение математики, хотя Лиза всего лишь стреми-
лась к абсолютной честности — это стремление руководило ею
на протяжении всей жизни. Благодаря этому эпизоду девушка
избавилась от последних сомнений:
«Инцидент помог мне окончательно понять, что я хотела стать
физиком, а не математиком».
Мейтнер повезло с преподавателями, которые следили
за новейшими открытиями в области физики и делились ими
со студентами. Франц Экснер, один из преподавателей экспе-
риментальной физики, был другом Вильгельма Рентгена, по-
этому знал обо всех открытиях, связанных с Х-лучами. Также
этот преподаватель интересовался радиоактивностью и был
знаком с Марией и Пьером Кюри, предоставлявшими ему для
экспериментов уран.
СПОРЫ ВОКРУГ АТОМИЗМА
Начиная со второго года обучения преподавать у Мейтнер стал
Людвиг Больцман, уроки которого она называла «блестящими
и увлекательными». Больцману удавалось заразить слушате-
лей собственным энтузиазмом, с которым он занимался физи-
кой. Общение с ним было настолько захватывающим, что «по-
сле каждого занятия оставалось ощущение, будто перед нами
открылся чудесный и совершенно новый мир». Можно сказать,
что в формировании Мейтнер как физика принимал участие
один из самых видных ученых эпохи и прекрасный оратор,
42
РАДИОАКТИВНОСТЬ
заставлявший замирать аудиторию. Мейтнер считала, что
«этот преподаватель был так талантлив из-за своей нетипич-
ной человеческой природы»: она имела в виду в том числе и ча-
стую смену настроений, которой был подвержен Больцман.
Больцман дал ей [Лизе Мейтнер] видение физики
как сражения за последнюю истину, и это видение оставалось
с ней всю жизнь.
Отто Фриш
Благодаря Больцману Мейтнер стала свидетельницей од-
ного из самых напряженных интеллектуальных диспутов той
эпохи, посвященных существованию атомов. Больцман был
защитником атомизма, в то время как большинство химиков
и физиков эпохи поддерживали философское течение, извест-
ное как позитивизм, согласно которому единственным источ-
ником знаний являются чувства. Для позитивизма какое-либо
понятие имеет значение, только если оно связано с эмпириче-
ской реальностью. В противном случае такое понятие нельзя
считать частью научного знания, оно относится к области
метафизики, что, по мнению позитивистов, было синонимом
чего-то нереального, существование чего не подкреплено до-
казательствами. Именно это происходило с понятием атома до
XIX века: о его существовании можно было догадаться по не-
которым признакам, но экспериментальных доказательств
не существовало. Атомы для ученых представляли собой аб-
страктные единицы, поэтому позитивисты считали их метафи-
зическим понятием. Больцман, в свою очередь, утверждал, что
существование атомов необходимо признать для объяснения
известной нам реальности.
В 1900 году Больцман вел занятия в Лейпциге, и там ему
пришлось столкнуться с суровой критикой, которая его просто
опустошила. В 1902 году ученый отправился с семьей обратно
в Вену, где хотел набраться сил, чтобы вернуться к преподава-
нию. Мейтнер присутствовала на первом занятии Больцмана
и так вспоминала об этом:
РАДИОАКТИВНОСТЬ
43
«Он рассказал нам о больших трудностях и противостоянии, с ко-
торыми столкнулся в связи со своей убежденностью в существо-
вании атомов, о том, как на него нападали, основываясь на фило-
софских заключениях, при этом Больцман никак не мог понять,
что конкретно имели против него философы».
Я осознаю, что я всего лишь человек, который бессильно
борется с течениями времени.
Людвиг Больцман
В 1905 году Мейтнер начала исследовательскую работу, ко-
торая должна была принести ей степень доктора, руководите-
ЛЮДВИГ ЭДУАРД БОЛЬЦМАН
Больцман (1844-1906) является клю-
чевой фигурой в истории физики. Его
вклад в науку в основном лежит в об-
ласти статистической механики — от-
дела физики, изучающего термодина-
мическое поведение сложных систем,
состоящих из большого количества
частиц. Он изучал физику в Венском
университете и защитил диссерта-
цию по кинетической теории газов.
Через три года Больцман был назна-
чен профессором математической
физики в Университете Граца, затем
преподавал в Мюнхене и Лейпциге.
В 1872 году ученый познакомился
с Генриеттой фон Айгентлер, которая
направила прошение об изучении физики и математики в Университете
Граца (но оно было отклонено). Пользуясь поддержкой Больцмана, Ген-
риетта подала апелляцию и была принята на исключительных условиях.
После интенсивной переписки, длившейся четыре года, она вышла замуж
за Больцмана, и в этом браке родились пятеро детей. С тех пор Больцман
стал непреклонным защитником женщин, особенно в части их права
на высшее образование. В1873 году он вернулся в Вену и на протяжении
трех лет занимал должность профессора математики. В1876 году Больц-
44
РАДИОАКТИВНОСТЬ
лем был Франц Экснер. Юная австрийская исследовательница
изучала теплопроводность в негомогенных твердых телах —
тема, связанная с лекциями Больцмана. Также Мейтнер поста-
ралась применить для объяснения теплопроводности законы
Максвелла и экспериментально подтвердила свои гипотезы.
В знак признания этого труда она получила высшую оценку
за свою работу и стала в 1906 году доктором наук.
В одной из своих биографических записей Мейтнер с ра-
достью вспоминает, как Пауль Эренфест связался с ней, чтобы
поближе познакомиться с теорией Больцмана и Рэлея:
ман вновь переехал в Грац, и там начался самый плодотворный период
жизни ученого, продолжавшийся 14 лет. Среди его учеников был, напри-
мер, Сванте Аррениус (1859-1927). Больцман возглавлял университет
и сформулировал свои основные теории. В 1890 году ему предложили
кафедру в Венском университете, и он вновь вернулся в родной город,
где в то же время преподавал один из главных противников атомизма,
авторитетный австрийский физик Эрнст Мах (1838-1916). После этого
Больцман вновь уехал — в Лейпцигский университет, а потом опять вер-
нулся в Вену. В этот раз среди его учеников были Лиза Мейтнер, Пауль
Эренфест (1880-1933) и многие другие видные впоследствии ученые.
В1906 году Больцман совершил самоубийство в Дуино, Италия. Причиной
этого поступка часто называют нервное истощение физика, к которому его
привели дискуссии вокруг атомизма. Те, кто был близко знаком с Больцма-
ном, знали, что он склонен к резким переменам настроения и депрессии.
Мейтнер не сомневалась, что самоубийство было результатом «умственной
нестабильности». После смерти Больцмана она писала:
«Он мог сильно страдать из-за вещей, которые другой, более толстокожий че-
ловек, едва почувствовал бы».
Сегодня считается, что ученый страдал маниакальной депрессией. «Больц-
ман не скрывал своего энтузиазма, когда говорил, увлекая за собой слу-
шателей», — вспоминала Лиза. Он поддерживал дружеские отношения
со многими своими учениками, так что Мейтнер вместе с другими студен-
тами неоднократно присутствовала на вечерах в доме Больцмана, когда
он играл на фортепиано и много шутил.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
45
«Я впервые познакомилась с Эренфестом во время учебы в Вене.
Он приехал из Геттингена в Вену, чтобы учиться у Больцмана. [...]
Кто-то сказал ему, что я прилежно конспектирую все его занятия».
Мейтнер решила, что предложение Эренфеста изучать
вместе с ним идеи Рэлея и Больцмана довольно любопыт-
но, и сразу же согласилась. Лиза вспоминала: «Эренфест был
ПРОТИВОРЕЧИЕ АТОМИЗМА
Больцман яростно защищал атомизм с 1872 года. Для него атомы были
реальными, объективно существующими. В то же время его оппоненты
считали, что невозможно увидеть атомы или доказать их существование
физическими экспериментами, а значит, это всего лишь предполагаемые
единицы, существование которых проявляется косвенно, как это свой-
ственно метафизическим понятиям. Исходя из этой точки зрения атомизм
нельзя считать научной теорией. Больцман полагал, что без атомов не-
возможно объяснить материальную «реальность в том виде, в каком она
предстает перед нами». Выдающимся позитивистом XIX века был Виль-
гельм Оствальд (1853-1932), который на одной из конференций ответил
Больцману, что в задачи науки не входит отображение реальности:
«Не нужно пытаться сделать ни изображение, ни правдоподобное приближе-
ние! Наша задача — не смотреть на мир в более или менее кривом или мутном
зеркале, а видеть его непосредственно, как может позволить природа нашего
разума. [...] Данную задачу невозможно выполнить, гипостазируя [то есть при-
писывая реальные свойства] гипотетические представления, можно только
подтверждать взаимосвязь между измеряемыми величинами».
В1890 году Больцман и Оствальд встретились на конференции в Галле.
В перерыве ученые вновь начали дискутировать о существовании атомов.
Оствальд пытался убедить противника, рассказав ему о преимуществах
энергетической доктрины, которая должна была объяснить все природные
явления, основываясь на понятии энергии. Эта концепция была разрабо-
тана им самим в противовес атомизму. Однако Больцман ответил:
«Не вижу причин, препятствующих тому, чтобы сама энергия была разделена
на атомы».
46
РАДИОАКТИВНОСТЬ
гораздо лучше подготовлен для решения теоретических за-
дач, чем я сама, кроме того, он был прекрасным и увлеченным
преподавателем». Сотрудничество Мейтнер с Эренфестом,
который впоследствии прославился своими достижениями
в статистической физике и квантовой механике, было очень
благотворным. Они получили некоторые результаты, которые
подтолкнули Лизу продолжать карьеру исследователя.
В этот момент рядом оказался Макс Планк, и, возможно, это повлияло
на его концепцию квантов энергии, которую он разработал несколько
лет спустя. В споре об атомах одним из аргументов, которым позитивисты
пользовались с большой ловкостью и долей сарказма, было следующее:
никто не может увидеть атомы. Как объясняет историк Джеральд Холтон,
этот аргумент был окончательно отвергнут, когда Чарльз Вильсон придумал
свою туманную камеру — сосуд со стеклянной крышкой, заполненный воз-
духом, насыщенным парами воды при низкой температуре. Когда ионизи-
рующая частица, например альфа-частица, проникает в камеру, водяной
пар конденсируется по пути ее следования так, что после частицы остается
туманный след, как от самолета в небе. Этот способ рассмотреть части-
цы окончательно сокрушил скепсис вокруг атомов. С помощью туманной
камеры была обнаружена большая часть элементарных частиц, таких как
нейтрино в 1936 году.
В туманной камере частицы оставляют след, а их траектория определяется
взаимодействием частиц с электромагнитными полями.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
47
НАЧАЛО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Как правило, тех, кто защитил диссертацию и хотел продол-
жать заниматься наукой, ждала работа в университете в ка-
честве ассистента какого-нибудь профессора. Эта должность
была одной из низших в иерархии, поэтому считалась сравни-
тельно доступной, но никогда прежде ее не занимала женщина.
Мейтнер была второй женщиной, получившей докторскую сте-
пень в университете, но стать ассистентом ей не удалось, хотя
она и мечтала о будущем исследователя. Лиза решила просить
о поддержке Марию Кюри, однако и в ее лаборатории не было
свободных мест.
По совету родителей, которые хотели, чтобы их дочь нако-
нец нашла работу и могла содержать себя, Мейтнер стала пре-
подавателем в женской школе. Для нее это было временным
решением, так как исследования вызывали гораздо больший
ее интерес. Лиза решила, что вечерами будет продолжать ис-
следовательскую работу в Институте теоретической физики —
в лаборатории, которую возглавлял Больцман вплоть до своей
смерти. Мейтнер писала, что эта лаборатория была больше по-
хожа не на научное учреждение, а на какой-то курятник.
Директором института стал Стефан Майер, бывший ас-
систент Больцмана. Его основные интересы лежали в области
изучения радиоактивности, поэтому одним из первых экспери-
ментов, которые были доверены Мейтнер, было наблюдение
за тем, как разные металлы поглощают альфа- и бета-лучи.
Мейтнер при этом не получила никаких новейших результатов,
но такая работа помогла ей освоить некоторые приборы, такие
как электроскоп, владение которыми было необходимо любому
исследователю.
Радиоактивность привлекала всех молодых ученых, кото-
рые стремились совершить в этой области решающие откры-
тия. Исследователи обнаруживали все новые и новые радиоак-
тивные элементы. Первым был найден уран в 1896 году, всего
четыре года спустя были открыты полоний, радий, торий, ак-
тиний. Количество новых элементов неумолимо росло, в том
числе и потому, что еще не существовало понятия изотопа.
48
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ВВЕРХУ СЛЕВА:
Антуан Анри
Беккерель
в своей
лаборатории,
где он занимался
магнитными
полями.
ВВЕРХУ СПРАВА:
Лиза Мейтнер
в 1906 году.
ВНИЗУ:
Пьер и Мария
Кюри
в парижской
лаборатории
в 1906 году.
Знаменитая
супружеская
пара
прославилась
благодаря
изучению
радиоактивности.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
49
Исследователи считали различные свойства веществ следстви-
ем того, что они являются разными элементами.
Майер сделал важное открытие, доказав, что бета-излуче-
ние состоит из потока электронов. К такому же выводу одно-
временно пришли Беккерель и Фридрих Гизель. Ученые также
стремились определить электрический заряд альфа-частиц,
но это удалось сделать лишь Резерфорду в 1906 году, использо-
вав мощные магнитные поля.
РАССЕЯНИЕ АЛЬФА-ЛУЧЕЙ
В конце 1906 года Мейтнер начала новые исследования, свя-
занные с радиоактивностью. Было известно, что альфа-части-
цы обладают слабой проникающей способностью, однако тре-
бовалось выяснить, рассеиваются они, как утверждал Резер-
форд, или поглощаются материей. Если происходит рассеяние,
то это означало, по словам Резерфорда, что «атомы материи
находятся в поле действия интенсивных электрических сил».
Мейтнер в конце жизни вспоминала о том, как начала зани-
маться этой темой:
«Помню, как я занималась радиоактивностью в Вене, работая над
вопросом рассеяния альфа-лучей на малые углы. Мое исследова-
ние началось в результате дискуссии одного физика из Праги
и другого из Берлина. [...] Один из них говорил, что рассеяния
на малых углах не существует, а второй настаивал на обратном.
Тогда я подумала, что это можно было бы доказать эксперимен-
тально, и занялась данной темой в институте Стефана Майера.
Венцы очень заинтересовались этим проектом. Майер и Швайд-
лер осуществили большую работу по радиоактивности».
Ее экспериментальная система для доказательства рассе-
яния лучей должна была направлять пучок альфа-частиц так,
чтобы лучи проходили через матрицу из мелких параллельных
металлических трубочек. Цель Мейтнер состояла в том, чтобы
коллимировать лучи, то есть направить их вдоль металличе-
50
РАДИОАКТИВНОСТЬ
изотопы
Изотопы — разновидности одного элемента, однако ядро их атома содер-
жит разное количество нейтронов. Физики, приступившие к изучению
радиоактивности в тот период, когда отсутствовало полное понимание вну-
тренней структуры атома, думали, что существует гораздо больше элемен-
тов, чем это есть на самом деле. Для них все вещества с разной атомной
массой были разными элементами. В1910 году Фредерик Содди заметил,
что «элементы с разным атомным весом [сейчас мы называем его атомной
массой] могут иметь одинаковые свойства», то есть соответствовать одной
позиции в периодической системе. Он смог доказать это, сравнив атом-
ные массы свинца, полученного в ходе серии ядерных распадов из урана,
и свинца, полученного в результате превращений тория. Их массы отлича-
лись, и это подтверждало догадку Содди. Появление новых инструментов,
таких как масс-спектрометр, позволило анализировать атомные ядра в за-
висимости от их соотношения масса — заряд. Это помогло установить, что
казавшиеся новыми вещества были изотопами одного элемента.
Вклад Чедвика
Благодаря открытию нейтрона, сделанному в 1932 году Джеймсом Чед-
виком, стало возможным обосновать существование изотопов в соответ-
ствии с их ядерной структурой. Изменяющееся число нейтронов в атомном
ядре объясняло изменение массы одного и того же элемента. Самый про-
стой пример изотопов в природе мы можем привести, вспомнив о водо-
роде. У этого элемента один протон в ядре. Если у него нет нейтронов,
он образует изотоп протий; когда добавляется один нейтрон, получается
дейтерий; изотоп с двумя нейтронами называется тритий (см. рисунок).
Ядро протия состоит только из одного протона. В дейтерии, кроме протона, есть еще один
нейтрон. В тритии ядро состоит из трех частиц — протона и двух нейтронов.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
51
ских трубочек. Затем альфа-пучок должен был пройти через
металлическую пластинку, после чего его вновь коллимиро-
вали при прохождении через еще одну систему трубочек. При
изменении расстояния между коллиматорами ослабление было
разным, и это доказывало, что альфа-лучи на самом деле при
прохождении через пластинку рассеиваются. Этот эксперимент
имел еще одно следствие: стало очевидным, что в зависимости
от атомной массы металлической пластинки меняется показа-
тель рассеяния, — чем больше была атомная масса атомов ме-
талла, тем больше рассеяние.
Мейтнер опубликовала результат эксперимента в 1907 году
в немецком журнале Physikalische Zeitschrift («Физический жур-
ЭЛЕКТРОСКОП
Электроскоп (см. рисунок 1) —
это прибор для обнаружения
электрического заряда. Он состо-
ит из двух листов фольги — обыч-
но из золота или алюминия, —
подвешенных к металлическому
стержню. Устройство размещает-
ся в стеклянном или металличе-
ском сосуде. Стержень выступает
из сосуда с одной из сторон, а при
воздействии на него заряжен-
ным телом два листа заряжаются
и вследствие электростатической
силы взаимно отталкиваются. Та-
ким образом можно было устано-
вить, имеет тот или иной объект
электрический заряд. Первый
электроскоп был сконструирован
Уильямом Гильбертом (1544-
1603), английским физиком, пио-
нером изучения свойств магни-
тов. Когда листы в электроскопе
возвращались в первоначальную
52
РАДИОАКТИВНОСТЬ
нал») — одном из самых престижных научных изданий того
времени. Так был дан старт ее научной карьере.
ОТКРЫТИЕ ЯДРА
Мейтнер не стала исследовать, что именно вызывает рассеяние
альфа-частиц. А Резерфорд, напротив, был одержим поиском
ответа на этот вопрос, что привело его к исключительному от-
крытию, — мы говорим об открытии атомного ядра в 1911 году.
Взяв тончайшую металлическую пластину и приступив к ее бом-
бардировке альфа-частицами, он сделал следующий прогноз:
позицию, это означало, что они теряют
заряд, несмотря на то что внутреннее
устройство было электрически изоли-
ровано. Скоро был сделан вывод о том,
что поскольку воздух слегка ионизиро-
ван, заряд может переходить от метал-
лических листов к стенкам электроско-
па. Однако существовали и сомнения,
которые необходимо было развеять: по-
чему воздух ионизируется? В1900 году
Чарльз Вильсон (1869-1959), шотланд-
ский физик, получивший в 1927 году
Нобелевскую премию за разработку
туманной камеры, смог установить, что
ионизация воздуха происходит вслед-
ствие естественной радиации, которая
есть повсюду. Поэтому в электроскопах
мы можем наблюдать, что заряженные
листы постепенно возвращаются в на-
чальное положение (см. рисунок 2).
В присутствии радиоактивных веществ
этот процесс ускоряется, и чем выше ин-
тенсивность радиации, тем он быстрее.
Так электроскоп превратился в инстру-
мент для измерения фоновой радиации
радиоактивных материалов.
Листы электроскопа, вид сбоку.
Проводящие пластинки или листы,
имеющие одноименный
электрический заряд, взаимно
отталкиваются.
РАДИОАКТИВНОСТЬ
53
РИСУНОК 3:
Резерфорд
предложил новую
модель атома,
согласно которой
его ядро,
в котором
сконцентрированы
масса
и положительный
если предложенная Томсоном
пудинговая модель атома верна,
то воздействующие на пластинку
частицы не должны отклоняться
от своей траектории. Электроны,
плавающие в положительно за-
ряженном облаке, имеют слиш-
ком небольшой размер, чтобы
вызвать отклонение альфа-лу-
чей от линейной траектории.
Однако когда опыт, поставлен-
ный Марсденом и Гейгером (см.
рисунок 3) указал на отклонение
альфа-частиц, Резерфорд сде-
лап вывод: «Если принять во внимание данное свидетельство
в общем виде, самым простым является предположение, что
атом имеет центральный заряд, расположенный в очень малом
объеме». Так было открыто атомное ядро (см. рисунок 4).
заряд,
располагается
в центре атома.
Это позволяло
объяснить, почему
некоторые альфа-
частицы,
направленные
на металлическую
поверхность,
отскакивают
назад.
РИСУНОК 4:
Опыт,
позволивший
Резерфорду
открыть атомное
ядро, состоял
в бомбардировке
тонкой золотой
фольги альфа-
частицами.
54
РАДИОАКТИВНОСТЬ
АЛЬФА-РАСПАД
Эрнеста Резерфорда называют отцом ядерной физики. В1902 году он от-
крыл, что радиоактивность происходит из самих атомов. Вместе с Фредери-
(ком Содди Резерфорд пришел к выводу, что «радиоактивность — явление,
происходящее в атомах, с сопутствующими химическими изменениями,
при которых появляются новые типы материи». То есть радиоактивные
атомы подвергаются распаду, а испускаемая радиация является следстви-
ем разложения атомов, способным спонтанно привести атом к распаду.
До 1911 года не было ясно, что этот распад затрагивает только ядро. Аль-
фа-лучи должны были состоять из частиц атома, при их испускании они
меняли саму природу атома: при испускании альфа-частиц такой элемент,
как уран, превращался в торий. Альфа-распад (см. рисунок) представляет
собой испускание из атомного ядра одной частицы, состоящей из двух про-
тонов и двух нейтронов, идентичной, таким образом, ионизированному
ядру гелия. Альфа-распад начинается спонтанно в энергетически неста-
бильных ядрах с большим количеством протонов и нейтронов — другими
словами, в результате действия сил отталкивания внутри ядра, как это
происходит с ураном.
Химическая
трансмутация
элемента после
испускания альфа-
частицы состоит,
ввиду потери двух
протонов и двух
нейтронов,
в изменении
количества ядерных
частиц и пропорции
нейтронов
и протонов в ядре.
Альфа-частица
Ядро без двух протонов
и двух нейтронов
ВСТРЕЧА С ПЛАНКОМ
После смерти Больцмана в сентябре 1906 года нужно было
найти ему преемника, который мог бы занять место ученого
в Венском университете. Администрация университета пред-
РАДИОАКТИВНОСТЬ
55
дожила кандидатуру Макса Планка. Он в это время возглав-
лял в Берлине кафедру теоретической физики и не планировал
менять место работы, но все же решился поехать в Вену в знак
уважения к памяти Больцмана. Благодаря этой поездке состо-
ялось его знакомство с Мейтнер.
Лиза в то время не знала работ Планка и его революцион-
ной гипотезы о квантовании энергии. Исследовательница так
описывала ситуацию:
«Я часто спрашивала себя, почему Больцман никогда ни словом
не упомянул [квантовую теорию Макса Планка]. Надо сказать,
что я посещала его лекции в течение пяти лет после этого откры-
тия. Однако нужен был длительный период времени для принятия
квантовой теории. При этом Планк не смог бы разработать свою
теорию, если бы не принял атомную теорию Больцмана, а также
не воспользовался введенными им статистическими методами».
После этого знакомства Мейтнер решила оставить Вену
и уехать в Берлин, чтобы учиться у Планка, в надежде, что это
откроет перед ней новые горизонты.
56
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ГЛАВА 3
Открытие
радиоактивных элементов
Открытие протактиния, элемента
с высокой радиоактивностью, было одним
из самых заметных достижений Лизы Мейтнер
и Отто Гана в Берлине. Эта пара ученых стала одной
из основных команд той эпохи, исследовавших
радиоактивность.

В 1907 году Макс Планк был уже уважаемым ученым. По мере
того как его идеи распространялись в научном сообществе,
росло и количество молодых исследователей (включая Мейт-
нер), которые хотели слушать лекции ученого в Берлинском
университете. Планк стал учителем Лизы, хотя его характер
очень отличался от характера Больцмана. Планк был серьез-
ным, сдержанным, сухим и лаконичным — полная противопо-
ложность энтузиасту-Больцману. Мейтнер писала:
«... должна признать, что в начале была немного разочарована лек-
циями Планка, несмотря на их чрезвычайную ясность. [...] Иногда
они выглядели довольно бесцветными в сравнении с Больцма-
ном».
Планк не возражал против присутствия женщин в универ-
ситете, хотя считал, что женщина, обладающая способностями
и интересом к теоретической физике, — скорее исключение
из правила. Это не замедлило проявиться в самом начале его
знакомства с Мейтнер. Лиза рассказывала об этих первых
встречах так:
«Когда я записалась в Берлинский университет, чтобы слушать
лекции Планка, он принял меня очень любезно и почти сразу при-
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
59
гласил к себе. Когда я впервые побывала у него дома, он сказал
мне: «Но у тебя же уже есть докторская степень! Чего еще ты мо-
жешь желать?» На это я ответила, что хотела бы достигнуть на-
стоящего понимания физики. Тогда он дал мне краткий дружеский
ответ и больше не углублялся в данный вопрос. Я сделала вывод,
что он был не очень высокого мнения о женщинах, занимавшихся
наукой. Предполагаю также, что в какой-то степени для той эпохи
он был прав».
Со временем взаимное уважение Планка и Мейтнер росло.
Планк помогал Лизе в ее восхождении по карьерной лестнице,
он всегда старался, чтобы она получала за свою работу достой-
ное вознаграждение, в связи с чем несколько раз выдвигал ее
на Нобелевскую премию. Мейтнер, в свою очередь, отмечала
«чистоту характера» Планка, и ее уважение к нему как к учено-
му постоянно росло. Она даже близко подружилась с близне-
цами — дочерьми Планка.
В физике мы работаем не ради одного дня, не ради
сиюминутного успеха, мы работаем для вечности.
Макс Планк
Мейтнер не планировала задержаться в Берлине дольше
чем на два года, поэтому стремилась использовать отпущенный
самой себе короткий срок максимально эффективно. В первую
очередь Лиза постаралась получить собственную лабораторию,
чтобы продолжать исследования радиоактивности. Для этого
она отправилась к Генриху Рубенсу, директору по эксперимен-
тальной физике университета. «Для меня не было места», — та-
ким был неутешительный итог этого визита. Рубенс предложил
Мейтнер поработать в его собственной лаборатории и под его
руководством, но Лизу это предложение не привлекло. У нее
уже была одна опубликованная работа, и она знала, что должна
продолжить собственные исследования.
Все тот же Рубенс рассказал Мейтнер о молодом химике,
научные интересы которого совпадали с интересами Мейтнер
60
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
МАКС ПЛАНК
Макс Планк в 1901 году.
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родил-
ся в Киле (Германия) в 1858 году. Вско-
ре его семья переехала в Мюнхен. Там
в университете Планк изучал физику
и в возрасте 21 года защитил диссерта-
цию по второму началу термодинамики
в 1879 году. После этого он стал доцен-
том университета в Киле. В 1887 году
умер Густав Кирхгофф, знаменитый
профессор Берлинского университета,
его место вначале предложили Больц-
ману, а когда тот отказался (о чем по-
сле сожалел) — Планку. Для Планка
это назначение было большой честью,
в том числе потому, что ему предсто-
яло работать вместе с Гельмгольцем,
легендой физики XIX века. В Берлин-
ском университете Планк оставался
до конца своей научной карьеры. Он
представил Прусской академии наук
14 декабря 1900 года результаты
своих исследований по энергетиче-
скому взаимообмену матери — надо
сказать, очень неудобные результаты.
Был единственный способ примирить
наблюдения с теорией — признать, что энергия распределялась в форме
пакетов, которые Планк назвал квантами энергии. Это утверждение опро-
вергало законы электромагнитного излучения, установленные Максвел-
лом в середине XIX века, и сам Планк не был до конца уверен в своей идее.
По сути немецкий физик считал, что его решение — это некий формальный
шаг. Он и сам не верил в существование квантов и ожидал, что дальнейшие
исследования в этом направлении позволят на основании новых физиче-
ских знаний получить корректную модель. Науке нужно было подождать
до 1905 года, когда Альберт Эйнштейн подтвердит идею о существовании
энергии в форме пакетов и объяснит с ее помощью фотоэффект. Затем по-
следовала работа датского физика Нильса Бора, основанная на принципе
квантования энергии и призванная объяснить характерные для каждого
вещества спектральные линии поглощения. Окончательно упрочила по-
ложение квантов энергии новая модель атома.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
61
и который даже хотел с ней познакомиться. Так Лиза встрети-
лась с Отто Ганом.
ГАН ДО ЗНАКОМСТВА С МЕЙТНЕР
Отто Ган родился во Франкфурте (Германия) в 1879 году. Он
был младшим из трех детей в семье довольно скромного проис-
хождения. Однако дела его отца шли успешно, и они не испы-
тывали финансовых ограничений. Как писал в автобиографии
Отто, его отец желал для сына карьеры архитектора, хотя сам
Ган не чувствовал в себе способностей к этому делу:
«У меня отсутствовала какая бы то ни было склонность к рисова-
нию. [...] У меня не было артистического воображения, в целом
я совершенно не был приспособлен к этой профессии».
В юношеские годы Отто превратил прачечную в своем
доме в импровизированную химическую лабораторию и так
увлекся экспериментами, что твердо решил стать химиком.
В 1897 году он поступил в Марбургский университет,
но, как сам говорил впоследствии, «наше внимание к науке
было не слишком заметным». В тот период Гана скорее при-
влекали развлечения, а не наука:
«Я не планировал превращаться в ученого, мне быстро стало по-
нятно, что для работы в промышленности достаточно освоить
основы».
Он понимал, что после окончания обучения ему несложно
будет найти работу в немецкой химической промышленности,
переживавшей бурное развитие, поэтому в университетские
годы много времени проводил в тавернах вместе с друзьями,
и это были «беззаботные и счастливые часы». Однако по пред-
метам, напрямую связанным с химией, Ган получал высшие
оценки.
62
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
После окончания учебы он прошел обязательную военную
службу, а затем стал ассистентом одного из профессоров Мар-
бургского университета. Для получения работы в промышлен-
ности Гану требовалось иметь опыт работы за рубежом и знать
иностранные языки. Отто решил, что для расширения получен-
ных знаний лучше всего отправиться в Лондон. Этот простой
план имел неожиданные результаты.
В 1904 году Ган прибыл в Лондон, чтобы работать вместе
с шотландским химиком и экспертом по благородным газам
Уильямом Рамзаем (1852-1916). Тот открыл, среди прочего,
газ гелий и в этом же году получил Нобелевскую премию. Ис-
следования Рамзая были посвящены радиоактивности, он на-
ходился на пике своей научной карьеры. Увы, через несколько
лет химик занялся проектом добычи золота из морской воды,
и в связи с этим его карьера пошла на спад. Для Гана сотруд-
ничество с Рамзаем открывало множество возможностей, ко-
торыми он не преминул воспользоваться.
У Гана есть институт для открытия новых элементов.
Эрнест Резерфорд
«Это был год моей «трансмутации» из специалиста по ор-
ганической химии в радиохимика», — вспоминал Ган. Его
знания по радиоактивности были скудными, а опыта у него
не было совсем. Однако Рамзай считал, что отсутствие зна-
ний может стать преимуществом: такой исследователь свобо-
ден от предрассудков. Скоро изучение радия, открытого Кюри
в начале века, привело Гана к выводу, что он обнаружил новый
радиоактивный элемент. Отто назвал его радиоторием, так как
его связь с торием была очевидна. Рамзай заметил способности
Гана, сулившие блестящую карьеру исследователя, и попросил
своего новоиспеченного помощника продолжать исследования
в области радиоактивности. Позднее сам Ган признавал:
«Как это вещество [радиоторий] попало в образец радия? Объ-
яснение состояло в том, что образец был взят не из жилы чистого
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
63
урана, а из торианита, который залегает на Цейлоне [сегодня
Шри-Ланка] и содержит, кроме урана, большой процент тория.
Строго говоря, открытие радиотория было делом удачи».
Пребывание в Лондоне подходило к концу. Гана ожидало
крупное химическое предприятие, занимавшее прочные по-
зиции в экономике страны и обещавшее юноше широкие пер-
спективы. Это была стабильная и хорошо оплачиваемая работа.
РАДИОТОРИЙ, РАДИОАКТИНИЙ, МЕЗОТОРИЙ
И РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ
Если в 1900 году было известно совсем немного радиоактивных элемен-
тов, то очень скоро ученые начали открывать все новые и новые. Иденти-
фикация радиоактивных элементов (или, как их называли, радиоэлемен-
тов) происходила хаотично. Эрнест Резерфорд заметил, что при распаде
радиоактивные элементы испускают излучение (альфа, бета и гамма)
и в определенных случаях трансмутируют в другие вещества, которые,
как правило, также являются радиоактивными. Химическая трансмутация
и испускание излучения связаны, испускаемые частицы — ключ для пони-
мания превращения элементов. Во время радиоактивных процессов меня-
ется соотношение частиц в атоме элемента и происходит его превращение.
Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди установили, что на самом деле все
разнообразие радиоактивных элементов можно классифицировать по се-
мействам и организовать в простую схему, напоминающую родословное
древо, — так были сформированы ряды распада. От родительского элемен-
та — урана или тория — при последующих распадах и испускании частиц
появлялись дочерние элементы, или продукты распада. Новые вещества,
открытые Ганом, должны были распределяться по радиоактивным рядам.
В1904 году Резерфорд опубликовал первые ряды, показывающие связи
между разными радиоактивными элементами. На рисунке можно увидеть
семейства радия и тория, которые в ходе серии распадов испускают части-
цы, также указанные на схеме (Чт — сокращение для обозначения частиц,
в данном случае альфа или бета).
64
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Но Рамзай ввел Отто в новый мир, в котором он почувство-
вал себя как рыба в воде. Исследовательская работа означала
весьма неопределенное и нестабильное будущее, но и откры-
вала интересные возможности. Рамзай, со своей стороны, ска-
зал Гану, что для продвижения в науке необходимо отправиться
в Канаду и поработать там в Университете Макгилла с главным
экспертом по радиоактивности — Эрнестом Резерфордом. Гану
необходимо было принять решение: возвращаться на родину
Радий Эманация Радий А Радий В Радий С Радий D Радий Е
Торий Торий X Эманация Торий А Торий В Торий С
Понятие изотопа было введено Содди в 1913 году и помогло классифи-
цировать все радиоэлементы заново. Ган замечал:
«Все мои попытки отделить друг от друга «элементы» радий и мезоторий окон-
чились неудачей. Так же трудно было отделить радиоторий от тория. Хими-
ческое сходство между этими элементами было очевидным и значительно
большим, чем сходство между редкоземельными элементами; однако никто
не задумывался о возможности существования изотопов».
Изотопы одного элемента имели одинаковые химические характе-
ристики, поэтому некоторая путаница была вполне объяснима. Разное
массовое число заставляло считать каждый изотоп новым элементом.
Кстати, впоследствии было выяснено, что мезоторий, открытый Ганом
в 1907 году, — это радиоактивный изотоп радия (если быть точными, речь
идет о радии-228) как продукт распада тория.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
65
или просить Резерфорда принять его в качестве помощника
в лаборатории. Он выбрал второй вариант, но впоследствии
наладил плодотворное сотрудничество и с предприятиями хи-
мической промышленности, финансировавшими часть его про-
ектов.
Отто Ган работал в Университете Макгилла у Эрнеста Ре-
зерфорда в течение полутора лет. Вначале Резерфорд не слиш-
ком высоко оценил открытие радиотория. Не доверял он и ме-
тодам, которые использовал Уильям Рамзай. Ученый даже
написал Гану, что тот должен «поучиться физике и отделаться
от своего элемента». Однако постепенно между Резерфордом
и Ганом завязалась дружба на всю жизнь, а канадский период
работы стал для Отто очень плодотворным и, как говорил он
сам, «памятным». Здесь Гану удалось найти вещество, которое
он назвал радиоактинием.
Вернувшись в Германию, Ган нашел место в Берлинском
химическом институте. Берлин, казалось, был идеальным го-
родом для химика, так как в нем находились основные предпри-
ятия химической промышленности. Ганом заинтересовался сам
директор института Эмиль Фишер, известный ученый, полу-
чивший Нобелевскую премию в 1902 году за изучение пурина.
Радиоактивность была областью исследований, еще не по-
лучившей достаточного внимания в университете, но откры-
тие мезотория, сделанное в 1907 году, вызвало большой инте-
рес со стороны промышленных предприятий. Химически этот
элемент был сходен с радием, но его производство обходилось
значительно дешевле. Мезоторий обладает рядом интересных
характеристик, и благодаря своему открытию Ган получил не-
которую известность в стране. Позже выяснилось, что все три
открытых им элемента — радиоторий, радиоактиний и мезото-
рий — в действительности являются изотопами уже известных
веществ.
66
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Мейтнер и Ган встретились впервые в Берлинском универси-
тете в конце 1907 года. С первого момента они прекрасно по-
няли друг друга, так что Ган сразу же предложил Лизе работать
в химическом институте вместе с ним. Однако на это нужно
было испросить разрешения директора Фишера. Тот поначалу
сопротивлялся идее Гана, так как нормы университета запре-
щали женщинам присутствовать в здании, да и он сам хотел бы
воздержаться от совместной работы в лаборатории с женщи-
ной. Наконец он уступил и позволил Мейтнер работать в ин-
ституте — при условии, что их лаборатория будет находиться
в подвале, в помещении, где до этого была столярная мастер-
ская. Мейтнер запрещалось входить в основное здание, даже
туалетной комнатой ей приходилось пользоваться в соседнем
отеле. «Мне пришлось пообещать, что я не буду входить в хи-
мический институт, где работали студенты-мужчины и Ган
ставил свои химические опыты», — рассказывала она впослед-
ствии.
В те дни женщинам было запрещено работать в институте.
Когда я предложил Эмилю Фишеру принять Лизу Мейтнер,
чтобы она работала со мной в столярной мастерской в подвале
института, [...] он просил ее, чтобы она не входила в учебные
аудитории, так как это стало бы плохим прецедентом.
Отто Ган
По утрам Мейтнер приходила на занятия в университет
как слушатель — это было основной причиной ее пребывания
в Берлине. Ган, в свою очередь, в течение рабочего дня зани-
мался подготовкой к открытию отдела радиохимии института.
В их полном распоряжении для экспериментов оставались
только вечера.
Отношения между исследователями всегда были дру-
жескими и очень уважительными. В течение многих лет они
обращались друг к другу на «вы», не встречались за стенами
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
67
лаборатории и никогда не обедали вместе во время работы.
Однако, несмотря на некоторую отдаленность, Ган считал,
что они были «очень хорошими друзьями», а Мейтнер всегда
вспоминала об этом периоде с теплотой, говоря об искреннем
расположении Гана, а также о «его любезности и увлеченности
музыкой». Ган обладал невероятной музыкальной памятью
и часто во время трудоемких экспериментов насвистывал сим-
фонии Бетховена и Чайковского. Экстраверт Ган и застенчивая
Лиза Мейтнер хорошо дополняли друг друга.
В ПОДВАЛЕ
Оборудование в их лаборатории было очень простым: три
электроскопа, сконструированные по образцу моделей, ис-
пользуемых Резерфордом. Эти аппараты нужны были для
измерения и учета различных излучений при радиоактивных
процессах. Первой большой целью ученых стало исследование
бета-излучения, и они проанализировали этот тип испускания
частиц для всех известных элементов. В результате в журнале
Physikalische Zeitschrift была опубликована первая совместная
статья Гана и Мейтнер под заголовком «О поглощении бета-
лучей разных радиоэлементов». Если Ган был одержим идеей
открытия новых элементов, то для Мейтнер более интересным
казалось «распутывать излучения». В последующие два года
они опубликовали восемь статей в том же журнале.
В следующем 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую
премию по химии за открытия в области радиоактивности,
и это вызвало рост интереса исследователей к этой сфере. Ган
и Мейтнер замечали, что их все больше принимают всерьез, их
работы привлекают все большее внимание и признание коллег.
Резерфорд, отправившийся за Нобелевской премией в Сток-
гольм, по дороге заехал в Германию, к своему ученику Гану,
и познакомился с Мейтнер, о достижениях которой уже был
наслышан.
Неустанная работа двух ученых приносила все новые
плоды, такие как обнаружение в 1908 году нового радиоэле-
68
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
мента — актиния С. Для более полного анализа бета-излучения
они начали применять мощный магнит, чтобы отклонять по-
токи частиц и измерять их электрический заряд. В этот период
Мейтнер обнаружила и экспериментально доказала радио-
активную отдачу — этот эффект ранее предсказал Резерфорд,
но сам он его не обнаружил. Ядро радиоактивного атома, ис-
пуская альфа-частицу, испытывает откат назад — словно в ре-
зультате отдачи после выстрела из ружья.
А я думал, что вы мужчина!
Эрнест Резерфорд при личном знакомстве с Мейтнер
В этот период, наполненный интенсивной работой и иссле-
дованиями, Мейтнер завязала дружбу с некоторыми учеными
и студентами, которые собирались в доме Макса Планка. Тог-
да же она познакомилась с Эвой фон Бар-Бергиус, шведской
исследовательницей, работавшей вместе с немецким физиком
Генрихом Рубенсом (1865-1922). Как мы уже говорили, Эва
стала близкой подругой Мейтнер, поддерживавшей ее в самые
трудные периоды жизни. Раз в неделю Лиза посещала семина-
ры с участием таких ученых, как Планк и Эйнштейн, на кото-
рых обсуждались эксперименты, исследования, открытия. Как
вспоминала Мейтнер, «эти беседы были настоящим центром
интеллектуальной работы». Она оказалась в эпицентре разви-
тия науки своего времени.
Ган неоднократно обращался к Резерфорду с просьбой от-
править ему образцы радиоактивных элементов, чтобы про-
должать работу. Однажды почтальон подошел к бывшей ма-
стерской и ничего еще не успел сказать, как появилась Мейт-
нер и воскликнула: «А, вы принесли мне пакет от Резерфорда».
Удивленный почтальон посмотрел на пакет и убедился, что
отправитель — действительно Резерфорд. Все много шутили
над интуицией Мейтнер, хотя этот эпизод имел простое объ-
яснение: в пакете находились радиоактивные вещества, а при-
боры в лаборатории Лизы улавливали присутствие радиации,
поэтому Мейтнер нетрудно было угадать имя отправителя.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
69
БЕТА-РАСПАД
Мейтнер и Ган сконцентрировали свои усилия на изучении бета-распада.
Об этом явлении было известно с 1899 года, когда Резерфорд показал его
отличие от альфа-излучения. В том же году Мария Кюри предположила,
что излучение состоит из частиц. Но это необходимо было подтвердить.
На бета-излучение воздействовали магнитным полем, чтобы доказать:
поле меняет траекторию лучей, а значит, частицы, их составляющие, несут
определенный электрический заряд. Используя источник радиации (такой
как радий) и фосфоресцирующие экраны для обнаружения гамма-лучей,
в октябре 1899 года Фридрих Гизель увидел, что при изменении полюсов
магнита точки воздействия на экран смещаются. Следовательно, бета-из-
лучение состоит из частиц. На следующем этапе Беккерель установил, что
эти частицы — электроны.
Другие открытия
История бета-распада на этом не оканчивается. В 1928 году британский
физик Поль Дирак (1902-1984) предсказал существование частицы,
имеющей такую же массу, как электрон, но противоположный заряд, по-
этому частицу назвали позитроном. Через четыре года американский фи-
зик Карл Дейвид Андерсон (1905-1991) открыл присутствие позитронов
в космических лучах. Благодаря туманной камере он увидел, что под дей-
ствием магнитного поля позитроны описывают траекторию, идентичную
траектории электронов, поскольку масса частиц совпадала, но направле-
ние движения было противоположным, как и их заряды. Кроме того что
была подтверждена гипотеза Дирака, почти сразу стало понятно, что эта
частица связана с бета-распадом. Фредерик Жолио и Ирен Кюри начали
бомбардировку алюминиевой пластины альфа-частицами и увидели, что
под их действием алюминий превратился в радиоактивный изотоп фос-
фора. Так эта пара французских ученых открыла не только возможность
искусственной радиоактивности, но и установила, что при этом возника-
ет большое количество позитронов. Бета-распад вызывал не только по-
явление электронов, но и новых частиц. Это означало, что имелось два
типа бета-распада: р~, когда испускался электрон, и р+, когда испускался
позитрон. В истории бета-распада должны были появиться новые откры-
тия. Австрийский физик Вольфганг Паули (1900-1958) заметил, что при
бета-распаде происходят странные явления. После испускания электрона
ядро не возвращалось к прежнему состоянию в направлении, противопо-
ложном импульсу, полученному электроном, и это со всей очевидностью
доказывало, что не сохранялись ни импульс, ни энергия. В письме, которое
он направил на физический симпозиум в 1930 году, был сделан прогноз
относительно того, что для решения данной проблемы в процессе должна
70
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
быть задействована новая частица, которую до сих пор никто не мог обна-
ружить. По мнению Паули, эта частица практически не имела массы и со-
всем не имела энергии. Когда в 1932 году состоялось открытие нейтрона,
решили, что Паули говорил не о нем, поскольку нейтрон был достаточно
массивен. Для того чтобы отличать предполагаемую частицу от нейтрона,
итальянский физик Энрико Ферми (1901-1954) предложил название «ней-
трино». Нейтрино были открыты в 1956 году, когда американские физики
Клайд Коуэн (1919-1974) и Фредерик Райнес (1918-1998) обнаружили
при проведении опыта миллиарды этих частиц. Исследования бета-рас-
пада были завершены, когда ученые установили, что при 0" испускалось
одно антинейтрино, и 0+ — одно нейтрино.
Углерод-14
6 протонов
8 нейтронов
Бета-минус-распад (Р)
7 протонов
7 нейтронов
Антинейтрино Электрон
Бета-плюс-распад (р*)
Углерод-10	Бор-10
6 протонов
4 нейтрона
5 протонов
5 нейтронов
Нейтрино
Позитрон
При р~-распаде один из нейтронов превращается в протон, испускается одно
антинейтрино и один электрон. У такого элемента, как углерод, имеющего 6 протонов, их
становится 7, элемент трансмутирует в азот. При р*-распаде, напротив, протон
превращается в нейтрон, испускается одно нейтрино и один позитрон. В этом случае
у атома углерода становится 5 протонов, элемент превращается в бор.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
71
В 1909 году были организованы конференции в австрий-
ском Зальцбурге. Темой встреч стала революция, вызванная
квантовой теорией. Планк, Ган и Мейтнер не могли не приехать
на это собрание ученых с мировым именем. Одним из доклад-
чиков был Альберт Эйнштейн, и его лекция — первое публич-
ное представление теории относительности — имела решающее
значение для молодой исследовательницы. Спустя несколько
десятилетий она вспоминала:
«В ходе лекции он говорил о теории относительности, а затем
перешел к уравнению: энергия = масса на скорость света в квадра-
те. Он показал, что каждому излучению нужно присвоить инерт-
ную массу».
Для Мейтнер это были «угнетающе новые и удивитель-
ные» идеи.
Несмотря на то что Лиза уже занимала свое место в ряду
значимых ученых, жить ей приходилось очень скромно, так
как она не получала за свою работу жалования. Источником
дохода для Мейтнер стали переводы научных статей, а также
несколько написанных ею научно-просветительских работ.
С 1909 года режим дискриминации женщин в Берлинском
университете значительно смягчился — их начали принимать
на обучение. Это изменение правил позволило Мейтнер в кон-
це концов попасть в кабинеты института химии.
Работа Мейтнер и Гана получила определенное признание,
и директор института предложил им расширить свою лабора-
торию, чтобы они могли проводить больше опытов. Мейтнер
работала в подвале института в течение пяти лет.
ИНСТИТУТ КАЙЗЕРА ВИЛЬГЕЛЬМА
Политика Германии в тот период была направлена на то, чтобы
создать в стране сеть научных институтов, призванных «под-
держивать и наращивать лидерство Германии в науке и про-
мышленности, двух столпах немецкого могущества». Так было
72
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
создано Общество кайзера Вильгельма, одной из задач кото-
рого была подготовка к созданию исследовательских центров.
Членом правления общества был и Макс Планк.
Учредители считали, что исследовательские центры будут
работать при поддержке правительства и промышленных пред-
приятий. В финансировании проекта участвовали крупнейшие
банки и предприниматели, благодаря этому в 1912 году были
построены три здания. Одно из них предназначалось для Ин-
ститута химии имени кайзера Вильгельма. Этот независимый
исследовательский центр находился недалеко от Берлина, в го-
родке Далем, и располагал специальным отделом для изучения
радиоактивности. Казалось, это было подходящее место для
Гана и Мейтнер. Первый директор центра Эрнест Бекманн сра-
зу же принял Отто Гана на работу в качестве директора отде-
ла радиоактивности — эта должность предполагала хорошую
оплату. Мейтнер пришлось довольствоваться тем, что ее при-
няли в качестве приглашенного исследователя, не получающе-
го вознаграждения.
В начале обстоятельства складывались непросто для Лизы.
Отто Ган
Однако в тот же год Макс Планк принял ее на работу как
своего ассистента. Это была не только большая честь — для
Мейтнер это стало своеобразным «паспортом на ведение на-
учной деятельности в существующем научном сообществе,
а также помогало преодолеть множество предрассудков отно-
сительно женщин в академической среде». В ее задачи входило
исправление работ нескольких сотен студентов, и еженедельно
она выбирала из них работу, которая зачитывалась публично.
Это непростое занятие отнимало у исследовательницы много
времени.
В новом институте она также наравне с Ганом встала
во главе отдела радиоактивности. Казалось, карьера Мейтнер
идет в гору. После двух лет работы в Институте кайзера Виль-
гельма Пражский университет предложил ей академическую
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
73
должность с хорошей зарплатой. Однако директор берлинского
института не хотел, чтобы Мейтнер уезжала, поэтому сразу же
увеличил размер ее жалованья.
В новом институте Ган и Мейтнер заговорили о необходи-
мости исключительных мер гигиены и ввели специальные про-
токолы для того, чтобы избежать радиоактивного загрязнения
образцов и инструментов. Благодаря предпринятым мерам пре-
досторожности существовала гарантия, что измерения будут
как можно более точными. В прежней столярной мастерской
ФИЗИКА И ХИМИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ
Радиоактивность постепенно оформ-
лялась в отдельный раздел физики.
Так, для изучения свойств излучений
использовались магнитные и элек-
трические поля. Однако очень скоро
физикам пришлось прибегнуть к хи-
мии, чтобы определить, например,
химические свойства радиоактивных
веществ, идентифицировать вещества
по их атомному весу, выделять веще-
ства химическими методами. Так, Ма-
рии Кюри приходилось осуществлять
много химических операций, она при
обнаружении радия даже сотрудничала
с французским химиком Гюставом Бе-
моном (1857-1932). Резерфорд также
работал вместе с английским химиком
Международный символ,
сообщающий о присутствии радиации.
Фредериком Содди, сыгравшим важнейшую роль в понимании процесса
радиоактивного распада. Перед химиками стояла сложная задача: радио-
активный материал часто сразу после синтеза подвергался быстрому рас-
паду. Для того чтобы химик мог работать с радиоактивностью, требовалась
специальная подготовка, поэтому университеты приступили к обучению
химиков в новой сфере — радиохимии. Сначала физики приблизились
к химии, а теперь химики должны были протянуть руку физикам. Радио-
активность неизбежно требовала междисциплинарного сближения, что
доказывает успех, достигнутый в содружестве Отто Гана, одного из первых
радиохимиков, и физика Лизы Мейтнер.
74
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ВВЕРХУ:
В1911 году
в Брюсселе
(Бельгия) был
организован
первый
Сольвеевский
конгресс на тему
•Радиация
и кванты».
На нем
собрались
значительные
ученые эпохи,
среди которых
были Макс
Планк (стоит,
первый слева),
Мария Кюри
(сидит, вторая
справа), Альберт
Эйнштейн (стоит,
первый справа)
и Эрнест
Резерфорд
(стоит, третий
справа).
ВНИЗУ СЛЕВА:
Бор и Эйнштейн
в 1925 году.
Лиза Мейтнер
была поражена
их исследования-
ми. Вскоре и она
заслужила их
уважение
и встала с ними
на одну
ступеньку.
ВНИЗУ СПРАВА:
Отто Ган и Лиза
Мейтнер
в лаборатории
Института
кайзера
Вильгельма
в 1913 году.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
75
все эти меры не предпринимались, но в новых лабораториях,
например, было запрещено здороваться за руку, а для манипу-
ляций с конкретными радиоактивными веществами исполь-
зовались отдельные стулья. Возможно, благодаря этим мерам
безопасности исследователи защитились от опасного воздей-
ствия радиоактивности на организм.
ВОЙНА
В 1914 году началась Первая мировая война. Большинство ра-
ботников Института химии имени кайзера Вильгельма были
призваны в армию, включая Отто Гана, который недавно же-
нился на студентке факультета искусства Эдит Юнгганс (они
познакомились в 1911 году во время круиза). Мейтнер оста-
валась в институте и писала Гану обо всех событиях, а также
передавала дошедшие до нее известия о гибели их товарищей
на фронте.
Ган был обычным солдатом немецкой армии до тех пор,
пока не было принято решение о привлечении солдат, имею-
щих научное или техническое образование, к разработке воен-
ных технологий. На следующий год его записали в программу
разработки химического оружия Фрица Габера, немецкого
химика, который впоследствии, в 1918 году, получил Нобелев-
скую премию. Габер, руководивший молодой командой иссле-
дователей, прославился после получения азота из воздуха. Азот
применялся в производстве аммиака — основного компонента
для удобрений, и это открытие вызвало революцию в сельском
хозяйстве и пищевой промышленности. Но в военное время Га-
беру было поручена разработка ядовитых газов, и ученый ока-
зался втянут в один из наиболее трагических эпизодов войны.
По иронии судьбы, после прихода к власти нацистов Габеру
пришлось бежать из Германии.
Несмотря на колебания, которые вызвала проблема ис-
пользования отравляющих газов в военных целях, Ган оказался
среди тех, кто считал, что использование такого оружия при-
76
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
близит конец войны и победу Германии и таким образом позво-
лит сократить количество жертв. Ган считал, что газ в каком-то
смысле может спасти много жизней. Однако его ожидания
не сбылись: новое оружие вызывало ужасную, мучительную
смерть солдат противника.
Я чувствовал глубокий стыд.
Отто Гдн о применении отравляющего газа
Ган должен был определить, при каких метеорологических
условиях и рельефе местности газ наносит противнику наи-
больший ущерб, не подвергая опасности немецких солдат. Сам
ученый мог наблюдать воздействие газа на российском фронте:
«Вначале мы атаковали русских нашими газами, а затем, когда
увидели, что несчастные лежат там, медленно умирая, то исполь-
зовали собственные средства защиты для того, чтобы им было
легче дышать».
Война была бессмысленной, и химическое оружие лишний
раз это доказывало. В одном интервью в преклонные годы Ган
размышлял:
«Это заставило нас понять всю бессмысленность войны. [...] Сна-
чала ты делаешь все возможное, чтобы покончить с иностранцами,
находящимися во вражеских траншеях, а когда оказываешься ли-
цом к лицу с противником, не можешь смотреть ему в глаза от сты-
да за то, что сделал, и пытаешься помочь. Но мы не смогли спасти
тех несчастных».
Несмотря на этот опыт, Ган продолжал заниматься разра-
боткой новых видов газа. В качестве добровольца и даже ри-
скуя жизнью он участвовал в экспериментах, позволяющих
проверить надежность противогазов.
В своей автобиографии ученый останавливается на некото-
рых анекдотических ситуациях, произошедших с ним во время
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
77
войны. Например, однажды один полковник представил его
высшему начальнику, прибавив, что Ган является открывателем
мезотория, на что тот ответил: «Я понимаю, что лейтенант Ган
химик, но какое это имеет отношение в допотопной фауне?»
Он спутал химический элемент с вымершим видом млекопита-
ющих, имеющих схожее название. Ископаемые этого вида как
раз были найдены в тот период.
Я никогда не думала, что это может быть так ужасно. Эти
несчастные, которые останутся калеками, страдают
от ужасной боли. Их крики и стоны слышатся со всей
отчетливостью, видны и их страшные раны...
Лиза Мейтнер о своем опыте во время Первой мировой войны
В 1915 году Мейтнер также записалась в армию. Она про-
шла курс в больнице и могла работать техническим специали-
стом по рентгеновской диагностике. Лизу отправили в госпи-
таль недалеко от линии фронта, и она занималась тем же, чем
и Мария Кюри с дочерью Ирен на стороне французов. Так как
работа ассистента лучевой диагностики не требовала много
времени, Мейтнер выполняла и обязанности медсестры. Она
посмотрела в лицо ужасам войны. «Так как мы были в 40 км
от фронта, к нам привозили самых тяжелых раненых — так я го-
ворила, утешая сама себя», — писала Мейтнер впоследствии.
Для нее это был очень тяжелый опыт, поэтому она на всю
жизнь сохранила отвращение к войне и, верная своим принци-
пам, отказалась участвовать в разработке атомной бомбы.
В 1917 году Мейтнер вернулась в Институт кайзера Виль-
гельма. Она вспоминала:
«За исключением нашего небольшого отдела, остальные помеще-
ния института были переданы в распоряжение профессора Габера
и его группы для военных целей».
78
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ
Периодическая таблица — способ
классификации химических элемен-
тов. Профессор Санкт-Петербургского
университета Дмитрий Иванович Мен-
делеев (1834-1907) заметил, что до-
статочно полного учебника по общей
химии не существует, но такой учеб-
ник был необходим ему для занятий,
поэтому исследователь приступил
к его созданию. Науке были извест-
ны 72 элемента. Менделеев поставил
перед собой задачу классифицировать
их на основании четких критериев.
С одной стороны, между элементами
существовало химическое сходство,
Дмитрий Менделеев в 1897 году.
позволяющее объединять их в семьи
и группы. С другой стороны, еще од-
ним критерием для создания таблицы должен стать атомный вес. Эти два
критерия по отдельности не могли помочь в разработке классификации,
но вместе давали ключ к пониманию свойств разных веществ. Можно было
расположить элементы по их атомному весу, и с определенной периодич-
ностью их химические характеристики повторялись.
Заполняя пустые графы
Во время работы над таблицей Менделеев столкнулся с двумя проблема-
ми. Во-первых, некоторые элементы не подходили для таблицы, во-вторых,
оставались пустые графы. Ученый решил, что у неподходящих элементов
может быть неправильно рассчитан атомный вес. Он также предсказал,
что в будущем недостающие элементы будут найдены и добавлены в пустые
графы. По своей таблице Менделеев даже смог предположить, какими
химическими свойствами и атомным весом будут обладать эти еще неиз-
вестные элементы. В1871 году он дал детальный прогноз по трем из них.
Четыре года спустя был найден галлий, который прекрасно подошел под
предсказанные характеристики. Таблица была существенно дополнена по-
сле открытия благородных газов. В1895 году Уильям Рамзай вместе с лор-
дом Рэлеем открыли аргон — инертный газ, не вступавший в химические
реакции с другими элементами. Впоследствии Рамзай открыл гелий, неон
и ксенон. Кроме того что эти газы были инертны, стало очевидно, что в пе-
риодической таблице нет графы, соответствующей их весу. Для решения
этой проблемы в 1900 году Менделеев предложил изменить таблицу и до-
бавить в нее новую колонку — специально для группы благородных газов.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
79
Нужно было уберечь материалы, над которыми они ра-
ботали. Гана в то время также направили в Берлин, так что он
периодически мог заходить в институт, и они с Мейтнер, как
прежде, работали в команде. Один из их экспериментальных
проектов привел к открытию протактиния.
ПРОТАКТИНИЙ
С одной стороны, было известно, что в периодической таблице
элементов между ураном и торием существовала пустая гра-
фа. С другой стороны, Ган внимательно изучал актиний, очень
редкий радиоактивный элемент голубоватого цвета, открытый
в 1899 году французским физиком и химиком Андре-Луи Де-
бьерном (1874-1949). Было известно, что этот элемент легко
распадается. Так как актиний можно было обнаружить в мине-
ралах вместе с ураном, логично предположить, что он относил-
ся к какому-то из рядов распада. Связь между ураном и акти-
нием не была ясна до конца; казалось, для полноты картины
не хватает какого-то элемента.
Еще до начала войны Ган и Мейтнер начали искать новый
элемент в урановой смолке — минерале, в котором впервые
был обнаружен уран, а Кюри нашли там же полоний и радий.
Война заставила отложить исследования, но в начале 1917 года
Мейтнер решительно собиралась довести дело до конца, пусть
даже в одиночку. Это была трудная задача для одного челове-
ка. Мейтнер много переписывалась с Ганом и в одном из писем
объясняла ему, оправдываясь за медленное продвижение ра-
боты:
«Поверь мне, это не зависит от моего желания, это просто нехват-
ка времени. Я не могу делать ту же работу, которую мы делали
втроем».
Лиза приступила к растворению урановой смолки в кис-
лоте. Далее она отделила химическим способом уже известные
80
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
радиоактивные элементы, такие как радий. Изучая полученный
результат, она пришла к выводу, что в нем «содержится новое
вещество», испускающее сильное и специфическое альфа-излу-
чение. В это время Ган также был в лаборатории и внес в откры-
тие свой вклад, химически описав новое вещество и некоторые
его свойства.
Исследование длилось несколько месяцев, результаты
были опубликованы в 1918 году. В тот же году война закон-
чилась поражением Германии. Были восстановлены научные
обмены, и, к огромному удивлению Гана и Мейтнер, пришло
известие, что команда из Великобритании, в которую входили
Фредерик Содди и Джон Кранстон, также опубликовала ста-
тью об открытии нового элемента. Однако британцы не смог-
ли с такой точностью описать его характеристики, и научный
комитет отдал приоритет открытия Гану и Мейтнер. Обсужде-
ние названия нового элемента также было очень длительным
(предлагали назвать его лизониумом — в честь Лизы Мейтнер).
В конце концов выбрали вариант «протактиний» (Ра), элемент
занял место № 91 в периодической таблице.
Несмотря на все ужасы войны Институт кайзера Вильгель-
ма получил большой импульс к развитию. Высшие армейские
чины стали понимать важность науки, и немецкая промышлен-
ность бросила все силы на исследования в области химии, ко-
торая считалась ключевой отраслью для восстановления стра-
ны. Кроме того, институт обладал существенной автономией,
поэтому ученые могли много времени посвящать собственным
проектам. В конце 1918 года Мейтнер назначили главой отдела
физики.
ВСТРЕЧА С БОРОМ
Мейтнер оказалась в эпицентре научной революции, которая
происходила в ту эпоху в физике. Она переписывалась с Эйн-
штейном, который в одном из писем спрашивал Мейтнер: «Что
вы думаете об этой проблеме? Позвоните мне и скажите ваше
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
81
мнение». Мейтнер заслужила уважение главных ученых того
времени и наконец получила место, которого заслуживала.
Всю жизнь она вспоминала о знакомстве с Нильсом Бором:
«Во время Первой мировой войны физика начала работать на но-
вой, по существу, основе, как экспериментальная, так и теорети-
ческая. [...] Основная причина этого преобразования лежит
в Нильсе Боре и его работе о строении атома».
Мейтнер считала, что Бор был одним из основных ученых
своей эпохи:
«Не думаю, что есть какой-либо другой ученый, который имел бы
большее влияние на мировую науку, чем Нильс Бор в течение как
минимум двух поколений физиков».
При переходе
с одного
энергетического
уровня на другой
электроны
испускают или
поглощают один
фотон
с определенной
энергией.
Бор предложил свою модель атома в 1913 году. Эта модель
относилась прежде всего к атому водорода и коренным обра-
зом отличалась от всех предыдущих моделей, особенно в том,
что касалось состояния и поведения электронов. Бор отверг
законы классической механики, воспользовавшись вместо нее
новой квантовой теорией. Он предположил, что электрон, на-
ходящийся на определенной ор-
бите, не испускает и не поглощает
энергию, хотя согласно законам
классической физики при описа-
нии кривой траектории должно
испускаться электромагнитное
излучение, при этом электрон
смещался бы с орбиты. По его
мнению, каждая орбита соответ-
ствовала определенному энерге-
тическому уровню, эти уровни
квантовались; то есть возможны
были только определенные дис-
кретные величины. Каждая орбита
соответствовала определенному
82
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ВС	Di D2	E b F	G
687	656 3	589,6 589	527 518,3 517,2 436,1	430,8
Красный Оранжевый Желтый Зеленый Синий Фиолетовый
700	650	600	550	500	450	400
Sol
656,3	436,1	431	410,1
I------------1------------1-----------1------------1------------1-----------1
700	650	600	550	500	450	400
Водород ]Н
энергетическому уровню, связанному с электромагнитными
спектрами поглощения водорода, известными с XIX века.
Когда электроны перескакивали с одних орбит на другие,
происходило испускание или поглощение энергии (см. рису-
нок 1). Ближайшие к ядру уровни обладают меньшей энергией;
когда электроны перескакивают на более высокие уровни, они
поглощают один фотон. Напротив, когда электрон переходит
с более возбужденного на нижний уровень, один фотон испу-
скается. Дискретные испускания и поглощения энергии можно
представить на спектрах элементов в виде характерных полос
испускания и поглощения (см. рисунок 2).
Лиза познакомилась с Бором в 1920 году, когда он был при-
глашен в Берлин, чтобы прочесть лекцию. Как рассказывала
Мейтнер, она вышла с лекции «немного подавленная, потому
что чувствовала, что понимает очень немного». Они с Ганом
воспользовались приездом Бора и пригласили его в институт,
чтобы провести целый день со знаменитым ученым и попросить
его рассказать подробнее о своих гипотезах и идеях. Но дружба
между Бором и Мейтнер укрепилась еще больше, когда ее саму
пригласили прочесть лекцию в Копенгагене в 1921 году. Часть
лета она провела в компании Бора и его семьи. «Даже сегодня
я вспоминаю нашу первую встречу как чудо», — рассказывала
Бор смог
объяснить
спектры
поглощения
и испускания
простых
элементов,
таких как
водород,
на основе своей
атомной модели.
Каждая полоса
соответствовала
дискретному
уровню энергии,
на котором
может
происходить
испускание или
поглощение
света
электронами.
В верхней части
схемы
представлен
спектр
поглощения
водорода,
в нижней —
спектр
испускания.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
83
ОТ РЕЗЕРФОРДА К БОРУ
Открытие атомного ядра в 1911 году
означало большой шаг вперед на пути
познания материи. Однако Резерфор-
да и других ученых останавливал па-
радокс, казавшийся неразрешимым.
Электроны должны были вращаться во-
круг ядра, описывая концентрические
круги, но законы термодинамики гово-
рили о том, что в ходе этого процесса
электроны должны были испускать
энергию, а при ее потере — упасть
на ядро. Бор первым пришел к вы-
воду о том, что законы, работающие
для макроскопических объектов и на-
блюдаемые ежедневно, не действуют
для субатомного мира. Нильс Бор,
работая под руководством Резерфор-
да, использовал для объяснения суба-
томного мира квантовые законы. Бор
определил, каким образом электроны
организованы по уровням: электроны,
обладающие меньшей энергией, рас-
полагаются ближе к ядру, а электроны
Эрнест Резерфорд около 1910 года.
с большей энергией — дальше от ядра. Энергетические уровни дискретны
и квантуются. Для скачка электрона с одного уровня на другой он должен
поглотить или испустить энергию в виде фотонов.
Мейтнер. В конце лета у нее появилось время, чтобы поехать
в Швецию и поработать с физиком Манне Сигбаном (1886-
1978). Все эти контакты впоследствии имели большое значение
для Мейтнер, когда ей пришлось спасаться от нацистов. Как
раз в следующем 1922 году весь мир обратил внимание на Бора,
удостоившегося Нобелевской премии, и его институт.
84
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ
После поражения Германии в 1919 году была принята новая
конституция, поставившая окончательную точку на импер-
ской эпохе и открывшая дорогу либеральной республиканской
демократии. Родилась Веймарская Республика, названная так
в честь города, где была утверждена конституция. Это был
очень нестабильный период. В политическом плане посто-
янно происходили государственные перевороты. В экономи-
ческом — началась гиперинфляция, пожиравшая накопления
среднего и рабочего класса. Социальные недуги помогли под-
готовить плодородную почву, на которой взросли расистские
и националистические идеи партии Адольфа Гитлера, пришед-
шего к власти в 1933 году.
Антисемитские настроения распространились и в научном
сообществе. Основной целью нападок стал Эйнштейн, вопло-
тивший в себе «еврейскую науку», которую арийцы осыпали
проклятиями. Мейтнер писала Гану об антисемитских высту-
плениях и нападках, от которых страдал Эйнштейн:
«От всего сердца хочу заявить, что конференции против Эйнштей-
на с антисемитским подтекстом не делают чести немцам, здесь
и правда можно говорить о варварстве. [...] Неужели снова появит-
ся Святая инквизиция с герром Герке [немецкий физик] в качестве
Великого инквизитора?»
В эти смутные времена карьера Мейтнер шла вверх.
В 1922 году она получила право вести занятия и таким образом
стала первой женщиной — университетским преподавателем
в Германии. Этой деятельностью она занималась последующие
десять лет. Венская академия наук присудила Мейтнер премию
Игнация Либера в качестве признания ее заслуг и открытий,
также она была награждена серебряной медалью Лейбница.
Уже в 1923 году Ган и Мейтнер по предложению Макса Планка
были выдвинуты на Нобелевскую премию.
Ученые продолжали сотрудничество с Институтом кайзера
Вильгельма, но теперь каждый из них руководил собственным
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
85
отделом: Мейтнер возглавила отдел радиофизики, Ган — радио-
химии. Ган проявил особый талант в общении с крупными про-
мышленниками и поиске источников финансирования для ин-
ститута. Эта задача во времена инфляции стояла перед всеми
руководителями, если они не хотели остаться без средств для
продолжения исследований. Со временем Ган получал все
больше полномочий в руководстве институтом.
Мейтнер так вспоминала о том времени:
«В результате разделения института на два отдела Ган и я не ра-
ботали вместе с 1920 года. В отделе химии Ган и его сотрудники
рассматривали важные задачи по прикладной радиохимии. [...]
Наша работа, естественно, относилась к физике; например, мы ис-
следовали спектральные линии бета-излучения, смогли устано-
вить связь с гамма-излучением».
Мейтнер продолжала общаться с Ганом, но их постоянные
контакты прекратились. Ей приходилось наблюдать за рабо-
той выпускников, которых Лиза заставляла следовать всем
протоколам, позволяющим поддерживать безопасность рабо-
ты в лаборатории. Также она была заинтересована в фундамен-
тальных исследованиях и начала использовать для изучения
субатомных частиц туманную камеру. В 1922 году Мейтнер
опубликовала еще одну важнейшую статью, в этот раз объяс-
няющую феномен, получивший название эффекта Оже. В ре-
зультате бомбардировки материалов рентгеновскими лучами
(высокоэнергетичное электромагнитное излучение) электро-
ны, находящиеся ближе к ядру, могут выбиваться; начинается
процесс, при котором данный энергетический уровень захваты-
вают электроны из высших уровней. В результате испускается
один фотон энергии, что характерно для смены энергетических
уровней. Большая стабильность достигается в результате ис-
пускания одного из электронов верхних уровней. Потеря этого
второго электрона лежит в основе явления, называемого эф-
фектом Оже (см. рисунок 3).
В 1925 году мир физики снова вздрогнул — причиной ста-
ла публикация новой теоремы квантовой теории, предтечей ко-
86
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
торой стал молодой Вернер Гейзенберг (1901-1976). Мейтнер
получала информацию о новых теориях из первых рук и уча-
ствовала в многочисленных обсуждениях и конгрессах. В этот
период в Берлин приехал ее племянник Отто Роберт Фриш,
только что закончивший физический факультет. Он, как уже
упоминалось выше, сыграл значительную роль не только
в жизни Лизы Мейтнер, но и в истории открытия расщепления
ядра.
При облучении
рентгеновскими
лучами атом
теряет электрон
с уровней,
наиболее
близких
к ядру, — шаг а.
Пустое место
занимает
электрон
из более
высокого
уровня — шаг Ь.
При этом атом
может испускать
электрон
с верхних
уровней. Этот
феномен
называют
эффектом Оже,
а второй
испускаемый
электрон —
электроном Оже.
ПУТЬ К РАСЩЕПЛЕНИЮ
«В 1932 году у нас работали 28 исследователей в двух отделах
[у Гана и у Мейтнер]», — так говорила Лиза, гордясь успехами,
достигнутыми институтом со времени создания. Но на сле-
дующий год Адольф Гитлер, не добившийся победы на выбо-
рах, стал первым канцлером Германии. Поворотным стал еще
1929 год, когда после смерти канцлера Густава Штреземана,
стоявшего во главе страны в период республики, время словно
ускорило ход. Эйнштейн, находившийся в США, после прихода
к власти Гитлера принял решение не возвращаться на родину.
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
87
Нацистская партия стала приспосабливать законодатель-
ство к своей расистской идеологии. Были приняты законы,
заставлявшие увольняться граждан, которые не могли дока-
зать чистоту расы, то есть то, что ни их родители, ни родители
родителей не были евреями. Хотя Мейтнер давно стала про-
тестанткой, для расистов она оставалась еврейкой, пусть и за-
щищенной австрийским гражданством. Однажды после того,
как Мейтнер заполнила анкету о своих родственниках, ей со-
общили, что она больше не может заниматься преподаванием.
Вмешательство Планка и Гана не принесло плодов.
Многие ученые-евреи бежали из Германии, хотя устроить-
ся на новом месте в условиях кризиса было довольно сложно.
Мейтнер, со своей стороны, решила не замечать угроз и полных
ненависти речей, считая это временным явлением. Она сохра-
нила должность в Институте кайзера Вильгельма и продолжа-
ла работу. Именно в тот момент исследовательница приступила
к новой серии экспериментов, для которой они с Ганом вновь
начали работать вместе. Ученые шли вслед за Энрико Ферми,
исследуя бомбардировку урана нейтронами. Эта работа приве-
ла Мейтнер и Гана к открытию расщепления ядра.
88
ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ГЛАВА 4
Расщепление ядра
Вследствие бомбардировки атомов
урана нейтронами может получиться так,
что ядро расколется на две примерно равные
части, высвобождая в ходе этого процесса значительное
количество энергии. Этот опыт помог Мейтнер и Гану,
при участии Штрассмана и Фишера, открыть
расщепление ядра. Ученые основывали
свои исследования на работах других
физиков — Ферми, Резерфорда,
Жолио и Кюри.

Открытие расщепления ядра разделило на до и после не толь-
ко историю физики, но и историю человечества. Это открытие
было совершено благодаря работе Мейтнер и Гана. Незамени-
мым их помощником был Фриц Штрассман, который заступал
на место Гана, когда тому нужно было вернуться к исполнению
бюрократических обязанностей, связанных с функционирова-
нием Института кайзера Вильгельма. Также нужно вспомнить
и о вкладе Отто Роберта Фриша, племянника Мейтнер.
К несчастью, расщепление ядра позволило создать атом-
ную бомбу, разработанную в США во время Второй мировой
войны и использованную против японских городов Хиросимы
и Нагасаки. Однако впоследствии расщепление нашло приме-
нение в мирных целях: для производства энергии были постро-
ены атомные электростанции.
Как мы увидим в этой главе, в основу исследований легли
работы Резерфорда, Ирен Кюри и Фредерика Жолио, но непо-
средственное влияние на них оказал Энрико Ферми — итальян-
ский физик, вдохновитель множества экспериментов. Мейтнер
жила в очень напряженную эпоху: в то время когда она вела
самое главное в своей жизни исследование, к власти пришли
нацисты. Расщепление ядра было открыто в годы господства
подлости, расизма и ксенофобии.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
91
ДЕЛЕНИЕ ЯДРА
Путь, который привел к открытию расщепления ядра, был на-
мечен в начале XX века при открытии ядра атома. Резерфорд
не только открыл его как составную часть атома, но и стал пер-
вым, кто попытался разделить атом, чтобы изучить его внутрен-
нюю структуру. В одном из опытов, поставленных в 1917 году,
он бомбардировал ядра атомов азота альфа-частицами из двух
протонов и двух нейтронов, которые появляются при радио-
активном распаде таких элементов, как полоний. Ядро азота,
поглощая альфа-частицу, утрачивало стабильность, происхо-
дила эжекция протона. Расчеты баланса частиц понятны: у азо-
та — семь протонов, к которым можно добавить еще два про-
тона от поглощаемой альфа-частицы. При испускании протона
в ядре остается восемь протонов, что соответствует кислороду.
Таким образом, было доказано, что элементы могут трансму-
тировать, в том числе возможна искусственная трансмутация.
Никто не думал о расщеплении до его открытия.
Лиза Мейтнер
В 1932 году Резерфорд руководил Кавендишской лабора-
торией в Кембридже, а двое его учеников, Джон Дуглас Ко-
крофт и Эрнест Уолтон, построили ускоритель частиц. Этот
аппарат позволял им запускать обладающие высокой энергией
протоны в направлении, например, литиевой пластинки. При
поглощении одного протона ядром лития, состоящим из трех
протонов, возникала дестабилизация нового ядра, и можно
было наблюдать, как оно распадается на два фрагмента одина-
ковой массы. Каждый фрагмент состоял из частицы с двумя
протонами и двумя нейтронами, или, другими словами, литий
превращался в альфа-частицу (см. рисунок 1). Идентификация
продуктов распада осуществлялась с помощью фосфоресциру-
ющих экранов, воздействие альфа-частиц на которые имело
вид характерной вспышки.
92
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
Ядро атома
лития поглощает
протон,
в результате
запускается
процесс,
следствием
которого
является распад
первоначального
ядра на две
альфа-частицы.
Этот эксперимент имел несколько важных с точки зре-
ния фундаментальной науки следствий, но также он получил
большое практическое значение в связи с высвобождением при
распаде энергии. Резерфорд был уверен, что для ускорения ча-
стиц-снарядов нужно использовать больше энергии, чем высво-
бождалось в результате процесса. Можно сказать, что он верил
в энергетический потенциал атомов, но считал эти разработки
малоэффективными. Великий экспериментатор не смог разгля-
деть возможности, таящиеся в материи:
«Эти трансформации атома невероятно интересны для ученых,
но мы не можем контролировать атомную энергию так, чтобы она
приобрела коммерческую ценность. Думаю, мы не сможем даже
издалека приблизиться к этому, [...] наш интерес к материи чисто
научный, и эксперименты, которые сейчас проводятся, помогут
нам лучше понять ее строение».
Все изменилось после открытия другой частицы, состав-
ляющей ядра, — нейтрона, ставшего наилучшим снарядом для
экспериментальной бомбардировки ядер разных элементов.
НЕЙТРОН
В 1932 году Джеймс Чедвик, ученик Резерфорда в Кавендиш-
ской лаборатории, объявил об открытии нейтрона. В отличие
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
93
После открытия
электрона и протона
нейтрон стал
третьей
фундаментальной
частицей,
составляющей атом,
которая была
открыта
экспериментальным
путем.
от протона и электрона, новая частица характеризовалась от-
сутствием электрического заряда, а по размеру была практиче-
ски идентична протону. Именно отсутствие заряда осложняло
ее обнаружение.
После открытия нейтрона (см. рисунок 2) появились новые
возможности для изучения атома с помощью бомбардировки
его частицами, так как прежде в этом методе использовались
альфа-частицы. Поскольку у нейтрона отсутствует электри-
ческий заряд, на него не влияют окружающие электрические
поля, как это происходит с электронами и протонами. То есть
при использовании в качестве снаряда нейтрон может до-
стичь ядра, при этом его траектория в присутствии внутренних
и внешних электромагнитных полей не искривляется. Прежде
для экспериментов использовали альфа-частицы, но из-за по-
ложительного заряда им приходилось преодолевать сильное
отталкивание при приближении к ядру, по величине это оттал-
кивание равнялось количеству положительных зарядов, фор-
мирующих ядро, которое использовалось в качестве цели (это
явление называется экранированием). Поэтому эксперименты
можно было проводить только с легкими атомами; для веществ
со значительной атомной массой, как у урана, сила отталкива-
ния делала невозможным столкно-
вение альфа-частицы с ядром.
ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
В Париже Ирен Кюри и Фреде-
рик Жолио также вели важные ис-
следования, которые натолкнули
Мейтнер на идею о расщеплении
ядра. Ирен Кюри стала зани-
маться наукой вслед за своей ма-
терью и так же, как ее мать, нашла
в коллеге-исследователе партнера
для совместной работы и жизни.
Но на этом сходство между ма-
94
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
Эксперимент,
позволивший
открыть
нейтроны, был
поставлен Жолио-
Кюри, однако
только Чедвик
смог правильно
интерпретировать
происходящее.
терью и дочерью Кюри не заканчивается: так же как Мария
и Пьер Кюри, пара Жолио-Кюри получила Нобелевскую пре-
мию по химии в 1935 году за открытие искусственной радио-
активности.
Жолио-Кюри уже доказали свою состоятельность в поста-
новке экспериментов — один из их опытов с интерпретацией
Чедвика помог открыть нейтрон. Было исследовано излучение,
возникающее при бомбардировке альфа-лучами бериллия, от-
крытого в 1930 году группой немецких ученых. Это излучение
имело такую высокую проникающую способность, что вначале
его спутали с гамма-лучами.
Ирен и Фредерик доказали, что излучение при воздей-
ствии на парафин может вырывать протоны. Однако они
не думали о том, что гамма-лучи не способны вырывать про-
тоны из ядра. Такой эффект должна оказывать новая частица,
не имеющая заряда, как правильно интерпретировал результа-
ты опыта Чедвик при помощи Резерфорда.
Открытие искусственной радиоактивности было сделано
в 1934 году, после эксперимента с бомбардировкой бора и алю-
миния альфа-частицами, во время которого бомбардируемые
элементы трансмутировали. Так, алюминий превращался
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
95
в фосфор, он искусственно становился радиоактивным элемен-
том, испускающим при распаде излучение.
Эксперименты нужно готовить так, чтобы в случае опасности
можно было открыть все окна.
Фредерик Жолио
С помощью
туманной камеры
можно наблюдать,
что траектория
позитрона
в магнитном поле
отклоняется с тем
же радиусом
кривизны, что
и у электрона,
но в противопо-
ложную сторону.
Эта индуцированная реакция представляла собой новое,
совершенно неожиданное явление. Никогда прежде не наблю-
далось, что легкие элементы могут стать источниками радиа-
ции. Кроме того, было установлено, что радиоактивность может
быть индуцирована, то есть она не является исключительной
характеристикой некоторых тяжелых атомов — урана или
радия.
В реакции, исследованной Жолио-Кюри, алюминий пре-
вращался в фосфор при воздействии альфа-частицы с испуска-
нием нейтрона. Получившийся изотоп фосфора был нестаби-
лен, его средняя жизнь продолжалась три минуты, далее проис-
ходил распад, испускался позитрон и образовывался кремний.
Как утверждала Мейтнер, «масштаб этих исключительных
РИС. 4
и прекрасных результатов неве-
роятно велик». Лизе удалось по-
вторить эти опыты в своей лабо-
ратории, она смогла зафиксиро-
вать в туманной камере позитро-
ны (см. рисунок 4), которые были
конечным продуктом процесса,
индуцированного бомбардиров-
кой алюминия альфа-лучами.
ПРОЕКТ ФЕРМИ
Жолио-Кюри смогли получить
нестабильные элементы, которые
96
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
Процесс, открытый Жолио-Кюри, можно представить следующим образом.
На входе алюминий (AI), состоящий из 13 протонов, поглощает два протона
альфа-частицы, то есть ядро гелия, обозначаемого как Не. Формируется
новое ядро с 15 протонами, соответствующее фосфору (Р) (см. рисунок),
а также происходит высвобождение нейтрона. Данную реакцию можно
представить в следующем виде с указанием атомного и массового чисел
элементов:
*Не+^А1->3°Р+0’л.
В реакции указано атомное число — внизу слева от символа элемента,
обычно его обозначают буквой Z. Оно соответствует числу протонов. Мас-
совое число, указанное вверху слева от элемента (буква А), соответствует
сумме протонов и нейтронов. Фосфор при бета-распаде р+ превращается
в кремний (Si), что сопровождается испусканием позитрона (е+):
ЗОр^ЗОд:	♦
15K 14oi + e .
Количество ядерных частиц — протонов и нейтронов — в процессе рас-
пада сохраняется.
Алюминий (AI)
по этой причине были радиоактивными (искусственная радио-
активность). Однако в атомах с большим атомным числом
концентрация положительного электрического заряда из-за за-
кона Кулона не позволяла альфа-частицам, используемым для
возбуждения радиоактивных процессов, приблизиться к ядру
и столкнуться с ним. Итальянский физик Энрико Ферми при-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
97
думал, что можно избежать экранирования траектории, если
в качестве зарядов для бомбардировки тяжелых атомов ис-
пользовать нейтроны. Ферми совершенно справедливо пред-
полагал, что нейтроны, не имеющие заряда, достигнут ядер
элемента-цели, особенно атомов с большим атомным числом.
Таким образом, эффективность нейтронов будет выше, чем
у альфа-частиц (см. рисунок 5). Мейтнер писала об этом:
«Ферми считал, что нейтроны из-за отсутствия заряда могут про-
никать в тяжелые элементы, то есть такие элементы, которые за-
нимают крайнее положение в периодической таблице, также они
могут спровоцировать ядерные реакции».
Ферми и его замечательная команда исследователей, в ко-
торой работали Этторе Майорана и Эмилио Сегре, начали
Если протон или
пара протонов
в альфа-частице
испытывает
отклонение
из-за
одноименности
зарядов,
нейтрон может
достичь
атомного ядра
и столкнуться
с ним с большей
вероятностью.
с поиска источника нейтронов для опыта. Они использовали
благородный газ радон, продукт распада радия, в смеси с по-
рошком бериллия, так как этот элемент при реакции испускал
нейтроны. Также исследователи сконструировали устройство
для обнаружения продуктов распада (подобный прибор мы на-
зываем счетчиком Гейгера), чтобы точно устанавливать радио-
активность, генерируемую в элементах.
Ферми начал изучать результаты бомбардировки всех
элементов периодической таблицы. Результаты его исследо-
ваний были систематизированы в трех статьях, напечатанных
в итальянской газете Nuovo Cimento,
которую он выбрал из-за возмож-
ности быстрой публикации, а также
в престижном британском журнале
Nature. Первая статья была опубли-
кована в марте 1934 года, а послед-
няя — в мае того же года. Так как этих
статей ждала вся Европа, экземпляры
Nuovo Cimento на итальянском были
отправлены главным ученым эпохи,
среди которых была и Мейтнер. Она
с самого начала следила за ходом ис-
98
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
следований в Италии и смогла воспроизвести некоторые опыты
для проверки.
Поздравляю тебя с тем, что ты смог сбежать из области
теоретической физики.
Эрнест Резерфорд — Энрико Ферми
ОБ ЭКСПЕРИМЕНТАХ С НЕЙТРОНАМИ
Племянник Мейтнер Отто Роберт Фриш, уже работавший
в Стокгольме с Бором, тоже был подписан на Nuovo Cimento
и ожидал газеты с большим нетерпением. Так как он единствен-
ный понимал итальянский язык, с поступлением нового номера
вокруг Фриша собирались толпы желающих узнать научные
новости. Это были годы восторженного ожидания и удивитель-
ных открытий.
ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
После экспериментальной бомбардировки нейтронами всех
известных элементов периодической таблицы Ферми полу-
чил три разных типа реакции. У легких элементов после воз-
действия были возможны два варианта: элемент испускал один
протон или альфа-частицу. У тяжелых элементов, как правило,
происходил бета-распад с испусканием электронов. При любом
виде наблюдаемой реакции воздействие нейтрона вызывало
трансмутацию — появление элемента с атомным числом, слегка
отличавшимся от первоначального. Максимально элемент мог
отличаться на две позиции по периодической таблице.
Команда Ферми убедилась, что все искусственно полу-
ченные под действием нейтронов элементы радиоактивные
и испускают бета-излучение, при этом химический элемент
подвергается трансмутации. Самым тяжелым элементом, изу-
ченным Ферми, был уран. В его ядре содержится 92 протона,
и это было самое большое известное в ту эпоху атомное число.
Ферми был по-прежнему уверен, что нейтрон будет поглощен
ядром и начнется бета-распад, при котором из ядра будет ис-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
99
пущен электрон — бета-излучение. Изменение количества про-
тонов предполагало трансформацию химического элемента.
У урана было 92 протона, после бета-распада у него станови-
лось 93 протона, таким образом, образовывался новый элемент.
Эксперимент имел своей целью доказать существование транс-
урановых элементов. Впервые в истории у человечества появи-
лась возможность синтеза новых элементов, более тяжелых,
и эта новость была воспринята научным сообществом с энту-
зиазмом.
Что бы ни готовила природа человечеству, каким бы
неприятным это ни было, люди должны понять,
что невежество хуже знания.
Энрико Ферми
Мейтнер так писала об экспериментах Энрико Ферми:
«Вместе с группой молодых исследователей, часть которых были
его учениками, Ферми облучил все возможные элементы нейтро-
нами и получил из тяжелых элементов ряд новых радиоактивных
изотопов. Наиболее интересные результаты дал эксперимент
с ураном, самым тяжелым элементом. Ферми полагал, что это
должно привести с получению элементов с более высокими атом-
ными числами, чем 93 и 94, то есть транс (сверх) урановых».
В конце концов Ферми перестал заниматься изучением
трансурановых элементов и обратил свое внимание на другие
объекты. По итогам своей работы он получил Нобелевскую
премию 1938 года за «доказательство существования новых
радиоактивных элементов, полученных при облучении ней-
тронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вы-
зываемых медленными нейтронами».
100
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
ЭНРИКО ФЕРМИ
Вклад Энрико Ферми в развитие ядер-
ной эры трудно переоценить. Он провел
опыты, используя нейтроны в качестве
технического средства для изучения
искусственной радиации, он смог за-
пустить цепную реакцию — фундамен-
тальный механизм для высвобождения
большого количества энергии, содер-
жащегося в атомах. Ферми родился
в Риме в 1901 году, прекрасно учился
и благодаря стипендии Рокфеллера
смог отправиться на учебу в Германию
и Норвегию, где познакомился с самыми знаменитыми физиками того
времени, среди которых был и немецкий ученый Макс Борн (1882-1970).
В 1924 году Ферми отправился работать в Университет Флоренции, где
провел свое первое важное исследование в области физики — статисти-
ческое изучение поведения одного из видов субатомных частиц, которые
сегодня получили в его честь общее название фермионы — это все части-
цы, подчиняющиеся принципу исключения Паули, по которому, например,
два электрона, принадлежащих одному атому, не могут находиться в одном
квантовом состоянии. Частицы, не подчиняющиеся этому принципу, назы-
ваются бозонами. К фермионам мы можем отнести электроны и мюоны,
а также протоны, нейтроны и лямбда-частицы. Вероятностная формулиров-
ка, позволяющая выразить математически состояния и взаимодействия
субатомных частиц, стала называться статистикой Ферми — Дирака. Такое
название было дано в честь двух ученых, которые пришли к ней незави-
симо. Благодаря этому исследованию Ферми было предоставлено место
в Римском университете.
Манхэттенский проект
Вокруг Ферми образовалась группа выдающихся физиков, включая Эми-
лио Сегре и Этторе Майорану. В конце 1920-х годов Ферми считался самым
знаменитым физиком в Италии, и Бенито Муссолини предложил ему место
в Итальянской академии. В этот период ученый начал заниматься ядерной
физикой и сделал несколько важных исследований, касающихся бета-рас-
пада. В1938 году опыты по искусственной радиоактивности принесли ему
Нобелевскую премию, и Ферми использовал поездку на вручение награды,
чтобы сбежать из фашистской Италии и эмигрировать в США. В1942 году
Ферми впервые удалось осуществить цепную ядерную реакцию. Так были
заложены основы создания ядерной бомбы, работой над которой он зани-
мался в Манхэттенском проекте. Энрико Ферми умер от рака в 1954 году.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
101
ФИЗИЧЕСКАЯ И ЕЩЕ ОДНА ХИМИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
В то время интерес вызвала возможность синтеза трансурано-
вых элементов и уточнения физических процессов, протека-
ющих внутри ядра атома. Мейтнер чувствовала, что ей потре-
буется помощь эксперта-радиохимика, и лучшим кандидатом
был Отто Ган. Хотя прошло уже много лет с тех пор, как они
вместе нашли протактиний, но исследование, к которому хоте-
ла приступить Мейтнер, требовало совместной работы:
«Я нашла эти опыты столь интересными, что как только они по-
явились в Nuovo Cimento и Nature, я поговорила с Отто Ганом
о том, чтобы возобновить наше сотрудничество после многолет-
него перерыва с целью решения этих проблем».
Однако Ган принял предложение об исследовании урана
из параллельного проекта. Немецкий физик Аристид фон
Гроссе (1905-1985) предположил, что один из элементов,
обнаруженных Ферми при бомбардировке урана нейтро-
нами, — протактиний. Эта гипотеза ставила под сомнение су-
ществование трансурановых элементов, так как атомное число
протактиния (91) меньше, чем у урана. Ган решил проверить,
так ли это, то есть по существу он заинтересовался той же про-
блемой, что и Мейтнер, хотя подошел к ней с другой стороны.
Кроме исследовательской группы Гана и Мейтнер в Бер-
лине, возникла еще одна — в Париже, в нее входили Ирен
Кюри и Фредерик Жолио. Началось научное соревнование.
В Беркли также появилась исследовательская группа, пресле-
довавшая ту же цель. Исследование урана должно было рас-
крыть новые тайны, и каждый хотел быть первооткрывателем.
Однако исследователи столкнулись с тем, что куски голово-
ломки не желали складываться воедино. Позже стало понятно,
что несоответствия в исследованиях носят фундаментальный
характер и связаны с двумя ошибочными предположениями,
использовавшимися для интерпретации полученных данных.
102
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
После появления статей Ферми увидела свет и статья фон
Гроссе и Агрусса, в которой было написано, что, вероятно,
опыты Ферми относятся не к элементу 93, а скорее
к элементу 91 — экатанталу [протактинию]. После этих
публикаций Мейтнер и я решили повторить эксперименты
Ферми и проверить догадки Гроссе.
Отто Ган
Во-первых, бомбардировка нейтронами не должна была
сильно воздействовать на ядро атома. Считалось, что самым
большим последствием может быть испускание альфа-частицы.
Эта идея опиралась на теорию туннельного эффекта Гамова.
Используя постулаты квантовой физики, Гамов пришел
к выводу, что только микрочастицы, полученные в результате
альфа-распада, могут пройти энергетический барьер ядра и по-
кинуть его. Проще говоря, в соответствии с туннельным эф-
фектом субатомная частица может преодолеть потенциальный
барьер, соединяющий ее с атомом, и высвободиться, хотя ее
кинетической энергии для этого, согласно постулатам класси-
ческой физики, недостаточно.
Немецкий физик Ида Ноддак (1896-1978) была един-
ственной, кто сомневался в том, что из ядра могут ускользать
только микрочастицы. Ноддак, получившая известность после
открытия элемента рения и даже несколько раз номинирован-
ная на Нобелевскую премию, хотя так и не получившая ее,
критично отнеслась к опытам Ферми, считая, что ядра атомов
могут делиться на «осколки разных размеров, представляющие
собой изотопы уже известных элементов, отличных от облучен-
ных». Таким образом, она стала первым ученым, говорившим
о ядерном расщеплении. Однако Ноддак не подтвердила эту
догадку экспериментально, поэтому коллеги не приняли ее до-
воды.
Вторая теория, затруднявшая понимание процессов, про-
исходящих при бомбардировке урана, носила химический
характер. Для химиков элементы, находящиеся в таблице
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
103
дальше урана, должны были сохранять химическое сходство
с элементами, находящимися в третьем ряду переходных эле-
ментов, где расположены рений (Re), осмий (Os), иридий (1г).
Поэтому вещества, предположительно находившиеся дальше
урана, получили временное название экарений, экаосмий и так
далее. Химики даже предсказывали, какими характеристиками
должны обладать такие элементы. Однако посылка была не-
верной, так как на самом деле эти вещества относятся к группе,
которую сегодня мы называем лантанидами, или редкоземель-
ГАМОВ И ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
Одной из главных проблем радиоактивности и процессов ядерного рас-
пада было огромное количество энергии, необходимое для их запуска.
С одной стороны, электрический заряд протонов ядра предполагает
присутствие электростатического поля, поэтому частицы, несущие по-
ложительный заряд, могут испытывать вблизи ядра силы отталкивания.
С другой стороны, также присутствует (хотя в ту эпоху о ней еще не знали)
ядерная сила, соединяющая между собой нуклоны — протоны и нейтро-
ны. В 1928 году советский астроном и физик Георгий Антонович Гамов
(1904-1968) высказал догадку: если применить принципы квантовой
физики, то возможно, что некоторые частицы высвобождаются из ядра
без приложения такого количества энергии, которое требуется согласно
классической физике.
Научный историк Спенсер Вирт пишет:
«Ядерная теория в 1930-х была новым и постоянно меняющимся пузырем
идей, растущим и набирающим тут и там экспериментальные данные и прав-
доподобные уравнения. У этой теории было немного обоснованных, связанных
с реальностью точек, также не было множества экспериментальных данных,
которые могли быть просчитаны с помощью теории».
По мнению Вирта, первым успехом стала теория распада альфа-частицы
Георгия Гамова, который представил, что «ядро —- потенциальный колодец
с частицами, находящимися в нем словно внутри пакета*. Альфа-частицы
могут проходить сквозь поверхность пакета «с использованием туннель-
ного эффекта* (см. рисунок). Вирт считал, что это объяснение «глубоко
впечатлило физиков*. Но такая точка зрения противоречила другим ги-
потезам, «говорящим о том, что ядро могло делиться пополам*. То есть
104
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
ними элементами. Никому это и в голову не могло прийти,
так что все исследователи занимались изучением химических
характеристик и поиском переходных элементов вместо того,
чтобы просто отнести их к другой группе.
Обе идеи дополняли друг друга и формировали вполне
определенные ожидания, которые ученые должны были под-
твердить экспериментально. Как мы увидим, нужно было от-
бросить все ошибочные гипотезы, мешавшие интерпретации
данных, а затем — выделить и идентифицировать новые эле-
данная теория не позволяла ученым даже думать о расщеплении ядра.
Вновь обратимся к Вирту:
«С самого начала теория Гамова устанавливала, что фрагменты ядра, немного
превышающие по размерам альфа-частицу, с трудом проходили бы через по-
тенциальный барьер. [...] Это представление прочно утвердилось в головах
исследователей ядра и в особенности берлинской группы».
Хотя теория туннельного эффекта позволяла объяснить механизм альфа-
распада, она затрудняла понимание современными физиками
возможности расщепления ядра.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
105
менты, проверить их атомный вес. Трансурановые элементы
существовали, нужно было только их обнаружить.
ГАН, МЕЙТНЕР И ШТРАССМАН
Мейтнер вслед за Ферми также решила обеспечить себя источ-
ником нейтронов для экспериментов. Для этого она выбрала
бериллий, облучаемый гамма-лучами радия. Однако испуска-
емые нейтроны реагировали со всеми элементами по-разному.
Относительно тяжелые элементы, такие как золото или се-
ребро, поглощали нейтроны. Но для легких элементов, таких
как натрий или алюминий, это не было характерно. Мейтнер
установила, что есть соотношение между кинетической энер-
гией нейтронов — низкой из-за их низкой скорости — и про-
цессом их поглощения. Эти медленные нейтроны известны
также как термальные. Ферми открыл, что можно уменьшить
скорость частиц до столкновения с целью, если на пути они
встретят какое-нибудь вещество, содержащее водород (напри-
мер, парафин). Если опустить источник нейтронов — или цель
бомбардировки — в парафин, скорость нейтронов значительно
снижается из-за столкновений, которые им приходится пре-
одолевать. Меньшая кинетическая энергия должна была ме-
нять тип запускаемой ядерной реакции. Мейтнер и Ган смогли
обнаружить отличия термальных нейтронов от быстрых в октя-
бре 1934 года, одновременно с Ферми.
Для того чтобы найти трансурановые элементы, Ган
и Мейтнер сначала облучали уран нейтронами. Так как в ре-
зультате получались очень малые количества радиоактивных
элементов в растворе, а в ту эпоху не были известны методы
их осаждения, исследователям пришлось прибегнуть к носи-
телю — веществу, которое должно иметь химическое сходство
с получаемым продуктом и помогать осаждать его из раствора.
В конце необходимо было отделить вещество от носителя.
Будучи убежденными в том, что трансурановые элементы
схожи с рением, берлинские ученые выбрали в качестве носи-
106
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
ПОГЛОЩЕНИЕ НЕЙТРОНОВ
При бомбардировке атомов нейтронами ядра могут эти нейтроны по-
глощать, что вызовет разные типы ядерных реакций,— так утверждали
команда Ферми, Жолио-Кюри и берлинская группа в составе Мейтнер,
Гана и Штрассмана. Поглощение вызывает, например, бета-распад с по-
следующей трансмутацией химического элемента. Другая возможность,
поданным Ферми, состояла в испускании протона или альфа-частицы. Все
эти процессы можно было наблюдать при бомбардировке урана-238, наи-
более распространенного изотопа урана. Под воздействием пучка нейтро-
нов ядро урана-238 поглощает нейтрон, и элемент становится ураном-239.
Начинается бета-распад, который можно записать следующим образом:
(п, е-).
Слева (п, нейтрон) указывается частица, вызвавшая процесс распада,
справа записывается испускаемая частица; бета-распад предполагает
испускание электронов, обозначаемых е~. Начало бета-распада предпо-
лагает промежуточную внутреннюю ядерную реакцию, во время которой
нейтрон преобразуется в протон и образовавшийся электрон ускользает
из ядра. В ядре остается 93 протона — на один больше, чем было, что со-
ответствует элементу, который мы называем нептуний-293. Этот элемент
также подвергается бета-распаду, в результате которого получается плу-
тоний-239, характеризующийся наличием 94 протонов. В этой последо-
вательности процессов атом теряет или приобретает один или несколько
протонов, так что конечный элемент в периодической таблице занимает
более близкие позиции относительно первоначального элемента. Пред-
положив концепцию ядерного расщепления, Мейтнер открыла двери для
гораздо более радикальных ядерных преобразований.
теля именно его. Результаты были вполне правдоподобными.
Однако также исследователи обнаружили продукты других
неожиданных процессов, для интерпретации которых у них
не было теоретической модели. Они не могли выяснить, что
за элемент появлялся в результате бета-излучения.
Исследования потребовали нескольких лет. В 1935 году
к группе присоединился Фриц Штрассман. Он работал бес-
платно, но другого места найти себе не мог, поскольку не сим-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
107
патизировал нацистской идеологии. В этом смысле вся группа
ученых находилась в оппозиции к существующему политиче-
скому режиму, так что Мейтнер, над которой нависла реальная
угроза, чувствовала поддержку и защиту со стороны коллег. На-
конец, они опубликовали результаты исследований, в которых
говорили о двух типах бета-распада, вызванного нейтронной
бомбардировкой урана. Позже был обнаружен третий вид рас-
пада, который, в отличие от предшествующих, не давал такой
длинной цепи (см. рисунок 6).
В двух первых процессах Ган установил, что свойства эле-
ментов рядов распада соответствуют прогнозируемым. В ре-
зультате химической трансмутации получались элементы,
схожие с рением, осмием и иридием соответственно. Все ука-
зывало на то, что ученые на верном пути. Существование транс-
урановых элементов считалось практически подтвержденным,
и из Рима даже пришли варианты названий для новых элемен-
тов: авсоний и геспезий. В статье, основным автором которой
был Ган, можно прочесть:
«В общем химическое поведение трансурановых элементов [...]
таково, что их положение в периодической таблице уже не вы-
зывает сомнений. Кроме того, факт их химического отличия
от уже известных элементов неоспорим».
Физик и лидер команды Мейтнер и химик Ган дополняли
друг друга, и это помогало им успешно решать вопросы, возни-
кающие при изучении урана. В работе Мейтнер большое значе-
ние имел анализ результатов с помощью химических методов.
Если в результате химического анализа выяснялось, что веще-
ство осаждается или что обнаруживается радиоактивное ве-
щество, это позволяло точно определить химический элемент.
Мейтнер, со своей стороны, должна была сформулировать тео-
ретическую модель, описывавшую наблюдаемые процессы.
В связи с полученными результатами возникало множество
сомнений: например, и термальные, и быстрые нейтроны вы-
зывали один из двух видов распада. Были и другие неразрешен-
ные вопросы. Спустя много лет Мейтнер писала:
108
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
«Я постоянно чувствовала себя несчастной, потому что не могла
понять, как может атомное число постоянно увеличиваться при
той же массе. Я постоянно спрашивала об этом Вайцзеккера [од-
ного из тогдашних ассистентов]. Как это может быть? Я была со-
вершенно не удовлетворена результатами наших экспериментов
до открытия расщепления».
ПЕРЕД НАЦИСТСКОЙ УГРОЗОЙ
Пока Ган и Мейтнер были погружены в исследования, немец-
кое общество все более деградировало. Нацистская идеология
захватывала все социальные слои, давление на еврейскую часть
населения становилось более явным. Мейтнер не затронули
законы, ущемлявшие права немецких евреев: во-первых, она
сохраняла австрийское гражданство, во-вторых, у нее было
много влиятельных друзей, в том числе Макс Планк, ходатай-
ствовавший, чтобы она не лишилась места в институте. Свиде-
тельством расположения легендарного физика, руководившего
Обществом кайзера Вильгельма с 1930 по 1937 год, является то,
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
109
что он неоднократно выдвигал Мейтнер на Нобелевскую пре-
мию. Она была кандидатом от Планка для получения Нобелев-
ской премии по химии в 1936 году, в том же году Гейзенберг
выдвинул ее кандидатуру для получения премии в области фи-
зики. Планк обсуждал свое предложение о выдвижении Лизы
Мейтнер на Нобелевскую премию с немецким физиком Мак-
сом фон Лауз (1879-1960):
«Я высказываюсь за выдвижение фройляйн Мейтнер на Нобелев-
скую премию. Я уже выдвигал ее кандидатуру в прошлом году
с предложением разделить премию по химии за 1936 год между
Ганом и Мейтнер. Но я согласен и с предложением, о котором мы
говорили с Гейзенбергом».
Несомненно, получение премии способствовало бы между-
народному авторитету Мейтнер и обеспечило бы ей большую
безопасность, которая помогла бы избежать части трудностей,
ожидавших исследовательницу впереди.
ОТКРЫТИЕ РАСЩЕПЛЕНИЯ
В 1936 году Бор вместе со своими сотрудниками предложил
теорию атомного ядра, подобного капле воды, о которой мы
уже говорили. Как мы видим, на столе у ученых лежали почти
все части головоломки, но соединить их воедино пока не удава-
лось. В области химического анализа исследователи ограничи-
вались изучением переходных элементов вместо поиска новых.
Мейтнер так описывала сделанные ими ошибки:
«Во время облучения быстрыми нейтронами осаждение проис-
ходило таким образом, что уран, палладий и торий оставались
в фильтрате, что поддерживало идею о трансурановой природе
осаждаемых элементов. По этой причине — и это была наша ошиб-
ка — в течение долгого времени мы никогда не рассматривали
фильтрат после осаждения и воздействия медленных нейтронов».
но
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
Необходимость скорейшего получения релевантных ре-
зультатов чувствовалась еще сильнее ввиду соревнования
с командой из Парижа. В 1935 году Мейтнер и Ган провели
несколько экспериментов, бомбардируя торий нейтронами
и вновь получив цепные бета-реакции. Это открытие было впо-
следствии получено и Жолио-Кюри, хотя в своей статье они
не упомянули Гана и Мейтнер. Для Мейтнер речь шла не только
о престиже, но фактически о выживании, так как возможность
продолжать работу для нее была подвешена на тонкой нити. Как
писал Ган в одном письме, им было очень неприятно, что Ирен
Кюри не цитировала их, хотя им «как никогда раньше было не-
обходимо получать признание за свою научную работу».
Именно тогда Ирен Кюри сделала ключевое открытие.
В 1938 году с помощью своего сотрудника Павла Савича она
осуществила бомбардировку урана термальными нейтронами,
и среди продуктов реакции было обнаружено вещество, кото-
рое прежде не замечали, с периодом полужизни 3,5 часа. Внача-
ле исследователи решили, что перед ними изотоп тория, полу-
чивший название куриозум. Берлинскую группу этот результат
шокировал: им казалось, что такого не может быть. Мейтнер
считала, что медленные нейтроны не могут превращать уран
в торий. Они воспроизвели эксперимент, стараясь обнаружить
торий среди продуктов реакции, но не нашли его. После это-
го Мейтнер связалась с Кюри, чтобы та отозвала свою статью,
хотя, как потом сожалела Лиза, если бы они искали продукт
с временем распада в 3,5 часа, все могло быть по-другому.
В этот период Мейтнер пришлось срочно покинуть Бер-
лин, чтобы избежать ареста. В октябре 1938 года Ган и Штрасс-
ман продолжили анализировать результаты, рассматривая их
в связи с работой Кюри, но в этот раз, к своему удивлению, они
обнаружили изотоп радия. Если Мейтнер считала невозмож-
ным, чтобы термальный нейтрон вызывал отделение от ядра
альфа-частицы, то еще более невозможным это было для двух
частиц (напомним, что у урана на четыре протона больше, чем
у радия).
В ноябре 1938 года произошла встреча Лизы Мейтнер,
Отто Гана и Нильса Бора в Институте теоретической физики
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
111
в Дании, имевшая огромное значение. Встреча держалась в тай-
не, так как Гана из-за нее могли обвинить в измене и уволить.
На ней Мейтнер настаивала, что радий получиться не мог, по-
этому нужно продолжать исследования природы нового эле-
мента. Позже Штрассман объяснял:
«К счастью, мнение Мейтнер имело для нас такое важное значе-
ние, что мы сразу же принялись за контрольные испытания».
В качестве носителя ученые использовали барий, так как
он входит в одну группу периодической таблицы с радием
и имеет схожее химическое поведение. Удивительно, но все по-
пытки отделить барий, использованный как проводник радия,
не увенчались успехом: оставался только барий. Этот экспе-
римент был осуществлен в ночь с 16 на 17 декабря того года.
Результат заставлял думать, что под воздействием нейтрона
ядро урана раскалывается на две части. Дальше произошел тот
обмен письмами, о котором мы говорили в главе 1. Мейтнер
и ее племянник Отто Фриш высказали идею о расщеплении
ядра атома на основании предложенной Бором модели ядра
в виде капли воды.
НЕЯСНОСТЬ РАЗВЕИВАЕТСЯ
Ган и Штрассман опубликовали результат своего опы-
та с ураном 6 января и 1 февраля в престижном журнале
Naturmssenschaften. Мейтнер не могла подписать эту статью,
поскольку она уже покинула Берлин, а также потому, что ее
фамилия могла создать проблемы для двух других авторов.
Мейтнер и Фриш 11 февраля 1939 года опубликовали в журна-
ле Nature статью, вводившую понятие ядерного расщепления
с обоснованием управляющих им физических процессов.
Наконец-то стали понятны результаты опытов, которые
они обдумывали в течение нескольких лет. С одной стороны,
из трех выделенных ими процессов только в третьем случае,
когда цепочка индуцированных реакций была самой короткой,
112
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
ВВЕРХУ:
Мейтнер
в 1959 году
проводит
свободную
дискуссию
со студентками
в колледже
Брин-Мор
в Пенсильвании,
США.
ВНИЗУ:
В1962 году Отто
Ган (в центре),
Фриц Штрассман
(слева) и Хайнц
Габер
реконструировали
в Мюнхенском
музее опыт
по ядерному
расщеплению
1938 года.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
113
образовывался стабильный трансурановый элемент. Этот эле-
мент удалось обнаружить в 1940 году, и он получил название
нептуний. Таким образом, существование трансурановых эле-
ментов нашло частичное подтверждение.
Много сомнений вызывали два других обнаруженных про-
цесса. Для Мейтнер казалось бессмысленным, что воздействие
нейтрона может вызывать такие длинные цепные реакции
бета-распада. Теперь наконец стало понятно, что на самом деле
эти цепные реакции возникали, когда уран разделялся на два
больших фрагмента, соответствующих разным элементам (см.
рисунок 7). В каждом из этих фрагментов, стремящихся к ста-
бильности, возникали соответствующие цепочки распадов, ко-
торые исследователи обнаруживали в течение долгих лет.
Благодаря идее
о расщеплении
то, что изначально
было
интерпретировано
как два различных
процесса, теперь
стало пониматься
как единый
процесс.
114
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
СТАТЬЯ О РАСЩЕПЛЕНИИ
Мейтнер и Фриш опубликовали свое открытие в журнале Nature в начале
1939 года. Статья «Распад урана под воздействием нейтронов: новый вид
ядерной реакции», подписанная Лизой Мейтнер и Отто Фришем, начина-
лась с напоминания о том, что исследование проводилось на основании
работ Энрико Ферми:
«После бомбардировки урана нейтронами Ферми его сотрудники обнаружили,
что у них получались как минимум четыре радиоактивных вещества, и двум
из них было присвоено атомное число более 92».
Далее цитировались наблюдения Гана и Штрассмана, Жолио-Кюри,
а также указывалось на ключевые экспериментальные данные:
«Ган и Штрассман были вынуждены признать, что изотопы бария (Z = 56) обра-
зуются в результате бомбардировки урана (Z = 92) нейтронами. [...] На первый
взгляд данный результат сложно интерпретировать. Образование элемен-
тов, имеющих гораздо меньшее число, чем у урана, рассматривалось прежде,
но всегда отвергалось на основании законов физики. [...] При рассмотрении
видов энергии, участвовавших в деформации ядра, использовалось понятие
поверхностного натяжения ядерной материи и была произведена оценка его
величины. [...] Поверхностное натяжение ядра уменьшается при возрастании
атомного числа. [В больших атомах, как в случае с ураном, поверхностное
натяжение меньше, поэтому] мы вправе полагать, что ядро урана, имеющее
довольно нестабильную форму, может разделиться на два ядра примерно оди-
накового размера после поглощения нейтрона. [Будут выпущены два атома с]
общей кинетической энергией, равной 200 МэВ [...]».
Эта публикация, ставшая новой вехой на пути исследований радиоактив-
ности, давала ответы на несколько вопросов, которые заставляли недо-
умевать ученых в течение четырех лет.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА
115

ГЛАВА 5
Цепная реакция
В результате процесса расщепления
высвобождаются нейтроны, которые могут
быть использованы для новых расщеплений атомных
ядер. Количество цепных расщеплений возрастает
экспоненциально, при этом возможно
генерирование большого количества
разрушительной энергии и создание
атомной бомбы.

Всегда ли при расщеплении ядра урана высвобождаются ней-
троны? Может ли процесс расщепления быть использован для
получения энергии? Для ученого венгерского происхождения
Лео Силарда (1898-1964) ответы на эти вопросы имели отно-
шение к созданию атомной бомбы.
НЕЙТРОНЫ И ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Силард в течение нескольких лет размышлял над возможно-
стью цепной реакции. Уже в 1934 году он запатентовал свою
идею, хотя еще сам не знал, как она будет осуществлена. На-
пример, он предлагал использовать для реакции бериллий.
Но самым важным было то, что в результате цепной реакции
можно получить большое количество энергии. Многие пред-
ставители научного сообщества в то время отвергали идею воз-
можности использования такой энергии. В 1938 году Силард
уехал в США и там начал исследовать расщепление с целью
получения энергии.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
119
БОР И ФЕРМИ
Нильс Бор прибыл в порт Нью-Йорка в начале 1939 года. Пе-
ред самым отплытием Отто Роберт Фриш сообщил ему о не-
обыкновенном открытии расщепления. В порту Бора встречал
нобелевский лауреат по физике в 1938 году Энрико Ферми, не-
задолго до этого приехавший в США, спасаясь от диктатуры
Муссолини, так что сразу после прибытия Бор смог рассказать
Ферми о необыкновенной новости. Тот сразу же начал думать
над возможностью повторить эксперимент по расщеплению.
Ученые воспользовались циклотроном в Колумбийском уни-
верситете, где теперь работал Ферми, для ускорения протонов
и использования их для бомбардировки урана. Показания ос-
циллоскопов подтвердили, что расщепление и вправду проис-
ходит (см. рисунок 1).
Затем Бор и Ферми отправились в Университет Джорджа
Вашингтона для участия в конференции по теоретической фи-
зике. Расщепление ядра стало сенсационной темой. На одном
Концепция
цепной реакции
предполагала,
что после
разделения ядра
высвобождаются
нейтроны,
которые
потенциально
могут вызывать
расщепление
других ядер. При
этом каждый раз
высвобождаются
все новые
нейтроны, так что
количество
расщеплений
возрастает
экспоненциально.
120
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
из обсуждений Бор поставил ключевой вопрос: что, если
во время расщепления высвобождаются нейтроны? Это делало
возможным после расщепления одного ядра цепную реакцию.
ПИСЬМО ЭЙНШТЕЙНА
Группа исследователей начала наблюдения, которые должны
были ответить, происходило ли испускание нейтронов. В на-
чале 1939 года в одной из лабораторий Колумбийского уни-
верситета Силард и физик канадского происхождения Уолтер
Зинн (1906-2000) обнаружили как минимум два нейтрона,
хотя впоследствии было выяснено, что при расщеплении урана-
235 высвобождаются три нейтрона. Ученые сделали вывод, что
уран мог служить для начала и поддержания цепной реакции,
что, в свою очередь, открывало возможности генерирования
огромного количества энергии. Силард потом рассказывал
об этом открытии:
«Весь мир был готов. Нам оставалось только повернуть переклю-
чатель и, удобно расположившись в креслах, наблюдать катодный
экран: если мы увидим вспышку, это будет означать, что масштаб-
ное высвобождение атомной энергии неизбежно. Мы повернули
кнопку, и на экране появились вспышки. Мы посмотрели на эти
вспышки, а затем каждый из нас вернулся домой. Тем вечером
я почувствовал уверенность, что наш мир падает в пропасть».
Испускаемые нейтроны — вторичный продукт ядерного
расщепления — заставляли осознать, что создание атомной
бомбы неизбежно. Далее Ферми и Герберт Андерсон поняли,
что для получения цепной поддерживаемой реакции нужны
уран и вода. Некоторые из этих выводов были опубликованы
в журнале Physical Review.
Одновременно несколько разных университетов и иссле-
довательских центров в США (а в Европе — группа Жолио-
Кюри) смогли осуществить расщепление ядра. Силард считал,
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
121
что начало работы над этим проектом немецкой армии — во-
прос времени. Несомненно, в Германии были очень хорошие
ученые, способные достичь прогресса в создании бомбы. Пра-
вительство США должно было объявить о запуске большого
проекта разработки бомбы, так как в противном случае немцы
получили бы неоспоримое преимущество, которому сложно
ОТТО РОБЕРТ ФРИШ
Отто Роберт Фриш (1904-1979) родился в Вене, в семье пианистки Авгу-
сты Мейтнер, сестры Лизы Мейтнер, и художника Юстиниана Фриша. Он
получил докторскую степень в Венском университете в 1926 году, а за-
тем переехал в Гамбург в качестве ассистента Отто Штерна (1888-1969),
вместе с которым в 1933 году смог измерить магнитный момент протона.
В том же году к власти пришел Гитлер, и Отто предпочел уехать из Герма-
нии. Он отправился в Лондон, а затем в Копенгаген, в институт Бора, где
проработал пять лет. В1938 году он вместе со своей теткой смог интерпре-
тировать процесс расщепления, а также именно ему пришла идея исполь-
зовать этот термин, взятый из биологии. С тех пор все усилия Фриша были
направлены на изучение расщепления и цепной реакции. В1939 году он
переехал из Копенгагена в Бирмингем. Поездка должна была быть кра-
ткой, но вспыхнувшая война заставила Фриша изменить планы. Вместе
с британским физиком Рудольфом Пайерлсом (1907-1995) он написал
меморандум Фриша — Пайерлса, в котором впервые говорилось о воз-
можности атомного взрыва в результате расщепления ядра. Позже дан-
ный меморандум использовали для разработки Манхэттенского проекта,
в котором сам Фриш принимал активное участие как член британской
делегации. В его задачу в Лос-Аламосе входило определение количества
урана, необходимого для цепной реакции. Фриш рассказывал, например,
что однажды ему удалось запустить цепную реакцию, которую пришлось
остановить собственными руками, разделяя кусочки урана, потому что
в противном случае произошел бы взрыв. В 1946 году Фриш вернулся
в Великобританию, преподавал в Кембридже и стал начальником отдела
ядерной физики Исследовательского центра атомной энергии в Харвелле.
Умер ученый в 1979 году.
«Сообщи Кокрофту и Мод Рей Кент»
Пока Фриш в Англии разрабатывал идеи о возможности создания атом-
ной бомбы, он получил от Мейтнер телеграмму, содержание которой ей
продиктовал Бор. Последние слова звучали так: *[...] and please inform
Cockroft and Maud Ray Kent*. Фриш был уверен, что Бор просит его пере-
122
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
было бы что-то противопоставить, и в результате Германия по-
бедила бы в войне.
Ферми, недавно получивший Нобелевскую премию по фи-
зике за 1938 год и непосредственно участвовавший в исследо-
ваниях расщепления, казался наиболее подходящим человеком
для того, чтобы передать американскому правительству тревогу
дать какую-то зашифрованную информацию в британскую атомную комис-
сию, которая в это время создавалась, но никак не мог понять, о чем шла
речь. Кокрофт был одним из создателей ускорителя частиц, построенного
в 1932 году в Кембридже. Так что неизвестным оставалось только сочета-
ние Ray Kent. Возможно, это была анаграмма (как, например, radium taken,
что означало «радий взят»), но Фриш не был уверен. Он решил, что Бор
пользуется каким-то секретным кодом, который не сможет расшифровать
ни он, ни кто-либо другой. Эта догадка окрепла, когда атомная комиссия
получила название Комитет МАУД (MAUD) — сокращение от английского
«Военное применение уранового взрыва». Спустя некоторое время все
прояснилось: Бор просто просил передать привет Мод Рей — гувернантке
его детей, которая жила в Кенте.
Отто Роберт Фриш в 1945 году играет на фортепиано для KRS, радиостанции Лос-Аламос,
Нью-Мексико.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
123
научного сообщества относительно разработки атомной бомбы.
В 1938 году он встретился с представителями армии, но ничего
не достиг: доводы ученых основывались на умозрительных за-
ключениях, а слабый английский Ферми не позволил ему быть
убедительным. Требовалась настойчивость, и в следующий раз
Силард попросил помощи у Альберта Эйнштейна, который
когда-то был его преподавателем в университете, а в ту эпоху
имел репутацию великого ученого. Кроме того, Эйнштейн
всегда позиционировал себя как убежденный пацифист, по-
этому его обращение на эту тему не осталось бы незамеченным.
Силард отправился на встречу с Эйнштейном, чтобы объяснить
ему суть проблемы. Великий физик ничего не знал о достиже-
ниях по расщеплению ядра и цепной реакции, так что Силарду
пришлось рассказать ему все новости.
Это ужасно — мы обнаружили нейтроны.
Лео Силард
Девятого августа Эйнштейн обратился к президенту Руз-
вельту, написав ему об опасности создания Германией атомной
бомбы. Соединенным Штатам необходимо было приложить все
усилия, чтобы опередить Гитлера. «Мне известно, что Германия
в настоящее время прекратила продажу урана из захваченных
чехословацких рудников»,— предупреждал Эйнштейн в конце
письма. Эмбарго на вывоз урана недвусмысленно означало,
что немцы разрабатывают какой-то военный проект. Довольно
скоро Эйнштейн получил от президента письмо, в котором тот
обещал внимательно изучить проблему. Но в целом правитель-
ство США продолжало игнорировать предупреждения науч-
ного сообщества.
Силард и Эйнштейн представить себе не могли, что сам
создатель теории относительности вызывает подозрения у аме-
риканских спецслужб. В рассекреченном позднее отчете ФБР
можно прочесть: «Учитывая его радикальную биографию, наша
служба не рекомендует использовать доктора Эйнштейна для
вопросов секретного характера до проведения детального
124
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
ЭЙНШТЕЙН ПИШЕТ РУЗВЕЛЬТУ
*9 августа 1938 года.
Ф.Д. Рузвельту, президенту США.
Белый Дом, Вашингтон (округ Колум-
бия).
Сэр!
Недавние работы [...], о которых я уз-
нал из рукописи, заставляют меня ожи-
дать, что уран может быть в ближай-
шем будущем превращен в новый
и важный источник энергии. Некото-
рые аспекты возникшей ситуации, по-
видимому, требуют бдительности и, при
необходимости, быстрых действий
со стороны правительства.
В течение последних четырех ме-
сяцев [...] стала вероятной возмож-
ность ядерной реакции в крупной массе урана, вследствие чего может
быть освобождена значительная энергия и получены большие количества
радиоактивных элементов [...].
Это новое явление способно привести также к созданию бомб и воз-
можно — хотя и менее достоверно — исключительно мощных бомб ново-
го типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная
в порту, полностью разрушит весь порт с прилегающей территорией [...].
Искренне Ваш
Альберт Эйнштейн».
расследования. Кажется невозможным, что человек с такой
биографией может быстро превратиться в настоящего аме-
риканца». Таким образом, Эйнштейн, возможно, тоже не был
подходящей фигурой для того, чтобы убедить в чем-либо пра-
вительство США.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
125
ГЕЙЗЕНБЕРГ И БОМБА
Немцы начали исследовательский проект по созданию атомной
бомбы в 1939 году, за два года до американцев. В их распоря-
жении были прекрасно подготовленные ученые и инженеры,
а также необходимые материалы, например уран из рудника
Яхимов в Чехословакии. Вернер Гейзенберг в те годы был
самым знаменитым немецким ученым после Эйнштейна, он
казался наиболее подходящей кандидатурой, чтобы возглавить
проект по созданию атомной бомбы.
Привычное для Гейзенберга сотрудничество с еврейскими
учеными возбудило подозрения защитников «немецкой фи-
зики» — движения, заявлявшего об ошибочности и вредности
«еврейской» физики. Йоханнес Штарк, один из лидеров это-
го движения, в своей публикации обвинил Гейзенберга в от-
сутствии патриотизма. Военная и полицейская нацистская
организация СС (сокращение от нем. Schultzstaffel — «отряды
охраны») решила провести расследование и допросила Гейзен-
берга. Это был самый опасный момент в жизни ученого. Но все
устроилось благодаря его матери, лично знавшей мать Генриха
Гиммлера, руководителя СС. В любом случае, с этого времени
Гейзенберг находился под подозрением, и ему нужно было до-
казывать собственную лояльность нацистам.
Когда в 1939 году Гейзенберг поехал в США, чтобы про-
читать серию лекций в разных университетах, все понимали,
что в Европе скоро начнется война, поэтому ученый получил
несколько предложений о работе от разных университетов,
но отклонил их и вернулся на родину. Как видите, у Гейзенберга
была возможность порвать с нацистским правительством, но он
не воспользовался ею. Почему он это сделал, неясно: возможно,
ученый стремился защитить семью, остававшуюся в Германии,
а возможно — испытывал преданность по отношению к своей
стране. Корабль, на котором Гейзенберг плыл обратно, шел по-
лупустым — никто не решался ехать в Европу, зная о неизбеж-
ности военного конфликта.
В начале войны физик получил от военного департамента
инструкции по исследованию возможностей применения рас-
126
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
щепления ядра в военных целях. Гейзенберг в 1940 году со-
ставил несколько докладов о возможности создания атомной
бомбы, в которых описал этапы ее разработки. Он сам и боль-
шая команда ученых начали серию экспериментов ключевой
части проекта, в частности для наблюдения за поглощением
нейтронов. Часть лаборатории, где должен был быть построен
ядерный реактор, находилась в Берлине, в Институте физики
имени кайзера Вильгельма, который стали называть Вирусным
домом, чтобы отпугнуть любопытную публику. Когда в конце
войны советские войска захватили Берлин, это здание было
одной из военных целей. Для Советского Союза было важно
получить большое количество урана для ядерной программы.
Другие важные лаборатории находились в Лейпциге и в ма-
леньком городе на юге Германии Хайгерлохе, где эксперименты
ставили в церковном подвале.
Исследователи по своей воле могут разбивать и создавать
атомы, могут осуществлять цепные реакции, приводящие
к взрыву. Если эти трансмутации материи будут развиваться,
можно получить большое количество свободной энергии
для использования.
Фредерик Жолио в 1935 году в речи после получения Нобелевской премии по химии
Ученым не удалось рассчитать критическую массу урана-
235, то есть минимальную массу материала, необходимого для
осуществления поддерживаемой ядерной реакции, поэтому
они использовали очень большое количество материала, по не-
скольку тонн, и это делало проект неосуществимым: получить
такое количество материала было затруднительно. Добыча
урана была крайне опасной, и шахтеры страдали от заболева-
ний, вызванных воздействием радиоактивности, в результате
на этих работах добывающее предприятие начало использовать
труд заключенных концлагеря.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
127
ИЗОТОПЫ УРАНА
Уран, который встречается в при-
роде, представляет собой смесь
двух изотопов — урана-235
и урана-238. Второй изотоп до-
вольно распространен и со-
ставляет 99,2% природного
урана, оставшиеся 0,8% пред-
ставлены ураном-235. Однако
для цепной реакции необходим
именно этот, более редкий изо-
топ. Когда уран-238 поглощает
нейтрон, вместо расщепления
происходят бета-распад и транс-
мутация в плутон-239. Уран-235
легко расщепляется нейтронами
определенного вида энергии —
кинетической. Когда источник
состоит из смеси двух изотопов,
с большим содержанием ура-
на-238, этот изотоп поглощает
большую часть нейтронов и де-
лает цепную реакцию невозмож-
ной. Поэтому для осуществления
поддерживаемой цепной реакции
нужно использовать смесь с преобладанием урана-235, которую называют
обогащенным ураном. Процесс обогащения урана состоит в очищении сме-
си и увеличении содержания в ней урана-235. Считается, что для создания
атомной бомбы необходимо достичь 90% содержания этого изотопа. Раз-
делить два изотопа непросто, и немецким ученым не удалось разработать
достаточно удачный метод обогащения урана, что в конце концов означало
провал проекта. Исследователи, участвовавшие в Манхэттенском проек-
те, напротив, смогли найти метод обогащения урана на заводе Оак-Ридж
(Теннеси), благодаря чему создание первой атомной бомбы стало реаль-
ностью.
Зал контрольных панелей на заводе Оак-
Ридж, фундаментальная часть
Манхэттенского проекта.
Хотя Отто Ган не участвовал в разработке бомбы, он уста-
новил, что для цепной реакции необходимо использовать уран-
235, добыть который гораздо труднее, чем уран-238.
128
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Еще одним техническим вопросом, который нужно ре-
шить для создания бомбы, был вопрос обеспечения веществом
для замедления нейтронов. Как было открыто Ферми и Мейт-
нер, медленные нейтроны имеют при расщеплении большую
эффективность. Когда воздействие нейтронов происходит
на определенной скорости — при низкой кинетической энер-
гии, — их поглощение ядром становится более вероятным, что
увеличивает и вероятность расщепления (см. рисунок 2). Для
торможения нейтронов использовали разные вещества, и было
решено, что наилучшим вариантом является тяжелая вода. Она
отличается от обычной воды тем, что водород в ее молекулах
представлен изотопом дейтерием, имеющим в ядре не только
протон, но и дополнительный нейтрон.
Уже в 1941 году Гейзенберг был готов разработать кон-
тейнер для урана и тяжелой воды, чтобы осуществить цепную
реакцию. Вначале попытки были безуспешны, так как ученый
недооценил важность расчета критической массы урана, необ-
ходимой для цепной реакции. После неоднократных повторов
опыта в начале 1942 года он убедился, что цепная реакция на-
чалась. Она не была поддерживаемой, однако Гейзенбергу уда-
лось обнаружить умножающийся эффект индуцированного
расщепления. В работу вновь вкралась ошибка: использование
пластин урана вместо сфер сделало работу реактора невозмож-
ной.
РИС. 2
Быстрые нейтроны
в замедляющей среде
Продукты
расщепления
Замедлитель
D2O
и 235
Для получения
поддерживаемой
цепной реакции
необходимо
замедлить
скорость
нейтронов,
что достигается
при прохожде-
нии их через
замедляющую
среду, такую как
тяжелая вода.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
129
ФАРМ-ХОЛЛ
В мае — июне 1945 года силы союзников задержали группу немецких
ученых, участвовавших в разработке атомной бомбы. Их перевезли
в Фарм-холл — дом, расположенный в графстве Годманчестер неподале-
ку от Кембриджа, где потом держали полгода. Все комнаты прослушива-
лись — союзники хотели выяснить степень участия в проекте каждого уче-
ного, а также узнать, на каком этапе находился проект. В группу из десяти
ученых, удерживаемых в Фарм-холле, входили Вернер Гейзенберг, Отто
Ган, Карл Фридрих фон Вайцзеккер и Макс фон Лауз. Не все попавшие
сюда сделали равный вклад в развитие проекта. Например, Отто Гана едва
можно было упрекнуть в участии в создании атомной бомбы. В1992 году
были обнародованы записи разговоров этих ученых. В них нет никаких
сенсационных заявлений, но эти беседы бросают тень на Гейзенберга
и фон Вайцзеккера, а также позволяют усомниться в оправданиях, кото-
рые они приводили в свою защиту. Именно тогда, когда ученых содержали
в Фарм-холле, пришла новость о том, что США сбросили атомные бомбы
на Хиросиму и Нагасаки. Это известие расстроило Гана, который гово-
рил, что чувствует ответственность за гибель людей. Гейзенберг усомнился
в правдивости этой новости, а фон Вайцзеккер заявил: «Если бы мы хотели,
чтобы Германия выиграла войну, у нас бы это получилось».
130
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Секретные службы союзников ничего не знали о трудно-
стях, в которых увяз немецкий проект, поэтому рассматрива-
лись самые разные варианты. Обдумывалась даже возможность
убийства Гейзенберга, и решение об этом фактически было
принято, но в конце концов союзники выбрали другой путь —
уничтожение завода по производству тяжелой воды. Речь шла
о норвежской фабрике в Веморке. Вначале британцы направили
два самолета, но они разбились, после этого в Великобритании
была подготовлена группа солдат из норвежских беженцев, ко-
торые смогли проникнуть в здание фабрики и взорвать его.
Неизвестно, по какой причине (из-за саботажа или из-за
недостаточной подготовленности немецких ученых), но на-
цистская армия так и не получила ядерного оружия. Впослед-
ствии Гейзенберг и его соратники заявляли, что специально
саботировали немецкую ядерную программу изнутри, чтобы
не позволить Германии создать это оружие. Однако большин-
ство историков считают, что многие ученые готовы были при-
ложить все силы для разработки атомной бомбы — по крайней
мере в начале войны.
МАНХЭТТЕНСКИЙ ПРОЕКТ
В Соединенном Королевстве Отто Фриш и Рудольф Пайерлс
подготовили меморандум, в котором объясняли, какими ха-
рактеристиками должна обладать атомная бомба. В меморан-
думе Фриша — Пайерлса было определено, что цепная реакция
на основе урана-235 не требовала большого количества этого
радиоактивного материала. Ученым удалось определить кри-
тическую массу — показатель, который не смогли установить
немцы. Для того чтобы избежать взрыва во время манипуля-
ций, были установлены меры безопасности в виде разделения
содержимого контейнера на два части. Критическая масса до-
стигалась только при соединении двух частей, бомба детони-
ровала после начала поддерживаемой цепной реакции. Эта
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
131
информация вновь была передана в США, где, казалось, никто
не проявлял особого интереса к разработке нового оружия.
Все изменилось в декабре 1941 года, после атаки на Перл-
Харбор, когда США окончательно пришлось вступить в войну.
В тот же год была организована встреча комитета МАУД
с американскими исследователями для уточнения программы.
После вступления США в войну началась реализация Манхэт-
тенского проекта.
На данный момент я считаю, что война закончится скорее,
чем будет сконструирована первая атомная бомба.
Вернер Гейзенберг в докладе о возможности разработки атомной бомбы
В этот ключевой момент был открыт плутоний — элемент,
оказавшийся более подходящим материалом, чем уран, для
изготовления бомбы. Плутоний занимает в периодической та-
блице позицию под номером 94. Ферми считал, что обнаружил
его еще в 1934 году, когда проводил бомбардировку урана ней-
тронами. Он назвал новое вещество гесперием, но, как выясни-
ли Ган и Мейтнер, Ферми не нашел новый трансурановый эле-
мент, а вызвал расщепление урана. Между 1940 и 1941 годом
в Калифорнийском университете была проведена серия экс-
периментов с циклотроном, в которых производилась бомбар-
дировка урана дейтерием. В этот момент был получен изотоп
плутоний-239, который оказался подходящим элементом для
процессов ядерного расщепления, то есть прекрасным матери-
алом для атомной бомбы. Несмотря на то что ученые хотели
опубликовать свои результаты в каком-нибудь научном жур-
нале, правительство запретило какие-либо публикации по это-
му вопросу.
Манхэттенский проект был запущен 13 августа 1942 года
под руководством генерала Лесли Грувса. В ноябре был от-
дан приказ проводить исследования в Лос-Аламосе, секретной
лаборатории в Нью-Мексико. Исследовательским центром
руководил физик Роберт Оппенгеймер, выбравший для рабо-
ты лучших ученых той эпохи: Ферми, Фриша, Бора, Лоурен-
132
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
«МАЛЫШ» И «ТОЛСТЯК»
Enola Gay, бомбардировщик
В-29 североамериканской
армии, стал самолетом, с ко-
торого 6 августа 1945 года
впервые сбросили атомную
бомбу. Целью был город Хи-
росима. Экипаж воздушного
судна состоял из 12 человек,
пилотом и командиром ко-
рабля был Пол Тиббетс. Само-
лет взлетел с базы на острове
Тиниан в Тихом океане. Компо-
ненты бомбы были отправлены
на остров заранее, а затем
прямо на месте были собраны
и подготовлены для исполь-
зования. Самолет вылетел
с базы один, однако недалеко
от острова Иводзима, недав-
но захваченного США, к нему
присоединились два бомбар-
дировщика, сопровождавшие
его до Хиросимы. Внутри Enola
Gay шла подготовка к запуску
бомбы, затем летчик нажал
Бомба «Малыш» на острове Тиниан, перед
погрузкой в Enola Gay.
на кнопку, открывавшую створ-
ки люка. Бомба «Малыш» (Little Boy), пролетев меньше минуты, взорвалась
в 600 метрах над землей. Если бы она взорвалась раньше, ее энергия
погасла бы в воздухе, если позже — много энергии было бы затрачено
на образование огромного кратера. Именно на этой высоте бомба име-
ла наибольшую разрушительную силу. В результате ее взрыва погибли
140 тысяч человек. Один из членов экипажа говорил:
«Несколько минут назад здесь стоял город, и вот он исчез».
Через три дня, 9 августа, над Нагасаки был сброшен «Толстяк» (Fat
Man) — бомба с плутонием-239. В этот раз бомбу и экипаж перевозил
Bockscar, также бомбардировщик В-29. В результате атаки погибли 40 ты-
сяч человек. Япония подписала акт о капитуляции, ознаменовавший окон-
чание Второй мировой войны.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
133
са и Фейнмана. Он пригласил и Мейтнер, но она отказалась
по этическим причинам.
Теперь оставалось только доказать, что цепную реакцию
можно поддерживать. Энрико Ферми удалось добиться этого
на старой площадке для игры в сквош, находившейся в подвале
стадиона Чикаго. Это был необыкновенный успех. Несмотря
на то что США поздно присоединились к гонке за создание
бомбы, они быстро получили все основные элементы для во-
площения проекта в жизнь.
Мы знали, что мир уже не будет прежним.
Роберт Оппенгеймер после создания первой атомной бомбы
В 1942 году были построены несколько заводов для про-
изводства плутония-239. Нужно было совершить бесконечное
количество подсчетов, например касавшихся распростране-
ния нейтронов, для реализации первого ядерного опыта. Хотя
в экспериментах использовали плутоний, в конце концов было
решено, что бомбой, которая должна будет разрушить Хироси-
му, станет бомба с ураном-239. Для бомбы, сброшенной над На-
гасаки, использовали плутоний-239.
ПОБЕГ МЕЙТНЕР
В то время как мир, казалось, занимался саморазрушением,
Мейтнер проходила через свой личный ад. Катастрофа нача-
лась с аншлюса Австрии 12 марта 1938 года. Исследовательни-
ца автоматически становилась гражданкой Германии, и немец-
кие законы, дискриминировавшие еврейское население, рас-
пространялись и на нее. Между тем в Вене гремели торжества
по поводу аншлюса.
Бор начал активные и решительные действия, чтобы по-
мочь Мейтнер найти работу в другой стране. Они рассматрива-
ли разные варианты, включая и возможность работы в Копен-
134
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
ВВЕРХУ:
Отто Ган и Лиза
Мейтнер
на церемонии
открытия
Института
ядерных
исследований
Гана — Мейтнер
в Берлине
14 марта
1959 года.
ВНИЗУ:
Члены
британской
делегации
Манхэттенского
проекта
в 1940-е годы.
Слева направо:
Уильям
Дж. Пенни, Отто
Фриш, Рудольф
Пайерлс и Джон
Кокрофт.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
135
гагене в институте Бора, где Лиза могла бы находиться рядом
со своим племянником Отто Робертом Фришем. Казалось, все
было готово, но возникло еще одно препятствие: австрийский
паспорт Мейтнер оказался недействительным, а немецкие вла-
сти не спешили выдавать ей новый.
В любом случае благодаря стараниям Бора существовали
два запасных плана: Мейтнер могла поехать в Университет Гро-
нингена (Голландия) или в Стокгольм, где физик Манне Сиг-
бан, с которым она встречалась несколько десятилетий назад,
как раз создавал институт физических исследований. Вполне
вероятно, что в этом институте нашлось бы место и для нее.
Университет Гронингена не имел финансирования и не мог
платить Мейтнер, и Бор убедил физиков Дирка Костера
и Адриана Фоккера организовать кампанию по сбору средств.
Ситуация в Институте кайзера Вильгельма становилась
все напряженнее. На Гана давили, вынуждая его уволить Мейт-
нер, и она не могла больше там работать. Впоследствии Ган
вспоминал:
«Ситуация становилась все более невыносимой [...]. Лиза серди-
лась на меня [...]. С другой стороны, мне постоянно говорили: ей
уже давно нужно было оставить свое место, и она сама должна
понять, что ставит под удар весь институт».
Друзья Мейтнер ходатайствовали за нее перед властями.
Немецкий химик и инженер Карл Бош (1874-1940) просил
министра образования, чтобы тот позволил «знаменитой ис-
следовательнице Лизе Мейтнер уехать в нейтральную стра-
ну — Швецию, Данию или Швейцарию». От министра пришел
решительный ответ, гласивший:
«...нежелательно, чтобы известные евреи оставляли Германию
и ехали за границу, чтобы оттуда действовать вопреки немецким
интересам».
Пока у Мейтнер была возможность работать, она решила
оставить свою квартиру рядом с институтом и перебраться
136
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
в отель. В июне 1938 года преследования евреев ужесточились,
готовился закон о новых запретах, например на занятия торгов-
лей. Друзья Мейтнер начали всерьез опасаться за нее. Жизнь
исследовательницы была в опасности, ей необходимо было бе-
жать из страны.
ТАИНСТВЕННЫЙ ПЛАН
Никто не знал о том, что разрабатывается целый план побе-
га Мейтнер. Для обмена сообщениями с коллегами за рубе-
жом использовались поездки научных сотрудников. На столе
у Мейтнер лежали два предложения работы, и она решилась
на шведский вариант, так как считала его более перспективным.
Однако как перебраться через границу? Ган сообщил Мейтнер
12 июля, что она отправится в Голландию, а не в Швецию. Вы-
езжать нужно было на следующее утро. Лиза не знала, что дру-
зья уже полностью подготовили ее поездку в Гронинген.
Нужно было торопиться: становилось все яснее, что ско-
ро на границах Германии будут введены более суровые меры,
а в тот момент граница с Голландией считалась наиболее сво-
бодной. Ключевую роль сыграло вмешательство Дирка Косте-
ра. Именно он убедил солдат на границе пропустить Мейт-
нер, для чего ему пришлось показать официальное разреше-
ние на въезд, выданное в Голландии. Также Костер просил их
убедить немецких пограничников не препятствовать выезду
Мейтнер. У нее по-прежнему не было визы, поэтому успех все-
го предприятия зависел от этих переговоров.
Затем Костер отправился в Берлин, чтобы забрать Мейт-
нер. Ее проинструктировали, чтобы она вела себя как обычно,
не вызывая никаких подозрений. Закончив работу в восемь
вечера, Лиза отправилась в отель и собрала два чемоданчика,
будто отправляясь в короткую поездку. Она никому не сооб-
щила о том, что уезжает навсегда. Через некоторое время Мейт-
нер встретилась с Костером.
Никто не догадывался об их планах, но сама Мейтнер со-
всем не радовалась побегу. Три десятилетия, прожитых в Бер-
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
137
лине, растаяли, будто их никогда и не было. Ган, который всегда
поддерживал Лизу, дал ей кольцо своей матери — на случай
какой-нибудь чрезвычайной ситуации, например чтобы под-
купить пограничников. В кошельке у нее было всего несколько
немецких марок. Позже Ган вспоминал об этих напряженных
днях:
«Дрожа от страха, мы спрашивали себя, удастся ей побег или нет?
Мы помнили кодовое слово, которым она должна была известить
нас об успехе или провале поездки. Лиза Мейтнер подвергалась
особой опасности из-за постоянных проверок СС в поездах, иду-
щих за границу. В каждых двух из трех арестовывали людей, еду-
щих за границу на поезде, и отправляли обратно*.
В то время один из ученых Института кайзера Вильгельма,
симпатизировавший нацизму, узнал о готовящемся побеге
Мейтнер. После того как доносу был дан ход, немецкие власти
начали расследование. К счастью, к этому времени Мейтнер уже
удалось выехать из страны.
Поездка до границы с Голландией тянулась семь бесконеч-
ных часов. Мейтнер осознавала, что все ее планы могут рухнуть
в любой момент, как это часто и бывало. Однако на границе все
прошло так, как устроил Костер, который в конце путешествия
отправил Гану телеграмму о том, что «малыш» добрался целым
и невредимым.
В ИНСТИТУТЕ МАННЕ СИГБАНА
Прошло несколько недель в тихом городке Гронингене, кото-
рый так отличался от Берлина с его милитаристскими мани-
фестациями, и Мейтнер решила отправиться в Стокгольм,
чтобы реализовать свой первоначальный план. Как показало
будущее, отъезд из Голландии был верным решением, так как
10 мая 1940 года Германия оккупировала Бельгию и Голландию,
и если бы Лиза не уехала, ей вряд ли удалось бы бежать вновь.
138
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Мейтнер воспользовалась отъездом и навестила Бора,
а в августе 1938 года прибыла в Швецию. В первую очередь она
встретилась со своей старой подругой Эвой фон Бар-Бергиус
в Кунгэльве. Поняв, в какой тяжелой ситуации находится
Лиза, включая и финансовую сторону, Эва рекомендовала ей
официально уволиться из Института кайзера Вильгельма, а за-
тем требовать выплаты причитавшейся ей пенсии.
В Швеции исследовательнице предстояло начать новую
жизнь. К ее удивлению, Манне Сигбан не оказал ей доста-
точной помощи: он был занят созданием своего нового ин-
ститута и совсем не думал о том, чтобы предложить Мейтнер
достойную работу, которая обеспечила бы ее средствами к су-
ществованию. Новая лаборатория практически не имела обо-
рудования, у Мейтнер не было помощников, а зарплата соот-
ветствовала жалованью простого ассистента. За 30 лет работы
в Германии ей не полагалось никакой пенсии. Ко всему этому
добавился и языковой барьер, так что исследовательница чув-
ствовала себя совершенно беззащитной.
Она писала Гану о своей драматической ситуации:
«Я ничего плохого не сделала. Почему вдруг со мной обращаются
как с персоной нон грата или даже как с похороненной заживо?
[...] Если ты задумаешься, тебе будет нетрудно понять, что такое
лишиться научного оборудования. Для меня это самое плохое, что
могло случиться. Но на самом деле у меня нет горечи, просто
в данный момент я не вижу реальной цели в жизни и чувствую
себя очень одинокой».
Пятого декабря 1938 года Мейтнер призналась Гану:
«Часто я чувствую себя как подвешенная марионетка, которая
что-то делает, дружелюбно улыбается, но не живет по-
настоящему».
Эти письма отражали страдания Мейтнер, ее тревогу. Пока
продолжалась переписка, в ноябре 1938 года Мейтнер и Гану
удалось увидеться в институте Бора в Копенгагене. В этой
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
139
встрече участвовали Отто Роберт Фриш и сам Бор, а обсужде-
ние касалось трансурановых элементов и экспериментов, ко-
торые шли в Институте кайзера Вильгельма. На встрече было
принято решение осуществить ключевой эксперимент, который
привел к пониманию расщепления ядра.
Мейтнер остро реагировала на новости из Германии. Дата
9 ноября 1938 года вошла в историю как Хрустальная ночь,
во время которой прошли масштабные еврейские погромы.
Их организатором был Йозеф Геббельс, который использовал
силы СА (от нем. Sturmabteilung — «штурмовые отряды»), гит-
леровскую молодежь и другие сочувствовавшие организации.
В ходе погромов были сожжены синагоги, магазины, тысячи
евреев были схвачены и отправлены в концлагеря. Был аресто-
ван и отец Отто Роберта Фриша, Юстиниан Фриш, которого
отправили в Дахау.
Для Мейтнер не могло быть новости хуже. Приближалось
Рождество, а это известие стало страшным ударом для челове-
ка, и без того страдавшего от одиночества. Лиза снова поехала
к Эве фон Бар-Бергиус за поддержкой, и там к ним присоеди-
нился Отто Роберт Фриш. Вот в таких драматических обстоя-
тельствах произошла знаменитая прогулка по свежевыпавше-
му снегу. Казалось, мир рушится, и посреди этой катастрофы
к Мейтнер пришла идея о ядерном распаде. В начале года стало
известно, что Юстиниана освободили, и он собирается пере-
ехать с семьей в Швецию.
В это время Ган постарался сделать так, чтобы Мейтнер
получила свои вещи, которые все еще находились в Берлине.
Он упаковал библиотеку, инструменты, одежду, но после про-
верки, которую нацистская полиция проводила, прежде чем
одобрить отправку вещей, было предписано уничтожить абсо-
лютно все, включая книги.
Ган за год до этого занял пост директора Института кайзера
Вильгельма, но нацистское правительство сомневалось в его
лояльности из-за связей с еврейскими учеными, в том числе
с Мейтнер. В 1939 году был основан комитет по изучению воз-
можностей расщепления ядра и создания атомной бомбы, и Ган
участвовал в его работе. Чтобы выжить на родине, ему при-
140
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
шлось дистанцироваться от Мейтнер, и ученый зашел в этом
так далеко, что убедил самого себя в том, что был единственным
открывателем расщепления ядра.
Здесь в моей ситуации я не могу сделать ничего важного.
Постарайтесь понять, как вы себя чувствовали бы, если бы [...]
у вас был только кабинет в институте, который не является
вашим, без какой-либо помощи, без прав...
Лиза Мейтнер
Для Мейтнер ситуация в Швеции оставалась невыноси-
мой, и никаких изменений в ней не предвиделось. Поэтому
в 1939 году она попробовала получить место в Кавендишской
лаборатории. Мейтнер предложили договор с условием, что
она переедет в следующем году. Она очень сожалела об этой за-
держке, поскольку начавшаяся война закрыла ей возможность
переезда в Соединенное Королевство.
Мейтнер вернулась в свой пустой кабинет в Швеции.
В 1943 году ее пригласили участвовать в Манхэттенском про-
екте, но Лиза решительно отказалась: она не хотела заниматься
исследованиями, которые шли в США, хотя для нее согласие
означало бы значительное улучшение условий жизни и ра-
боты.
поздняя ПОПУЛЯРНОСТЬ
В 1945 году Германия капитулировала. Мейтнер утратила связь
с большинством своих друзей и ничего не знала об их судьбе.
Постепенно до нее дошли неприятные новости о том, что союз-
ники арестовали Гана и отправили его в Фарм-холл.
После ядерной бомбардировки Японии Мейтнер, как
и многие физики, прямо или косвенно знавшие о возможно-
стях ядерного расщепления, пережили шок. Еще больше она
была поражена, когда местный репортер взял у нее интервью,
пытаясь выяснить степень ее участия в разработке атомной
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
141
бомбы. Мейтнер утверждала, что не участвовала в проекте,
но через три дня Элеонора Рузвельт попросила ее выступить
в американской радиопрограмме — для этого даже была обе-
спечена трансатлантическая связь. Мейтнер неожиданно ста-
ла знаменитостью, о ней говорили как о человеке, которому
удалось сбежать из нацистской Германии, унеся с собой секрет
расщепления. Хотя Мейтнер постоянно пыталась объяснить,
что ее участие сводилось к открытию физического понятия
ядерного расщепления, в представлении широкой публики она
стала героиней.
Особенно широко слава Мейтнер распространилась
в США. Скоро она получила приглашение прочитать лекции
и принять участие в конференциях в этой стране. За право
принимать Мейтнер соперничали Гарвард и Принстон. Ис-
следовательница встретилась с президентом Гарри Трумэном,
одна из феминистских организаций назвала ее женщиной
года, а Голливуд предложил ей наблюдать за съемками филь-
ма, основанного на ее биографии (это предложение Мейтнер
сразу же отклонила). В течение полугода Лиза жила в Штатах,
осыпаемая почестями и наградами. В Швеции ее положение
тоже изменилось к лучшему: Королевская академия наук стра-
ны включила ее в список своих членов. Однако эти изменения
были лишь внешними — после возвращения из Америки Мейт-
нер ждал все тот же необорудованный кабинет.
ПОЛЕМИКА ВОКРУГ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ
Момент, когда жюри Нобелевской премии в 1945 году со-
бралось для утверждения кандидатур, отдавал сладкой горе-
чью. В прошлом году премия была отменена, поэтому награду
должны были вручать за достижения, сделанные в течение двух
лет. Открытие процесса расщепления заслуживало премии,
и во время обсуждения возникло предложение наградить как
Гана, так и Мейтнер. После долгих споров кандидатура Мейт-
нер была отклонена. Исследовательница покинула институт
142
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
ДОКЛАД О ГАНЕ
Один из ответственных за записи в Фарм-холле составил несколько отче-
тов о находившихся там ученых — Максе фон Лауз, Вернере Гейзенберге,
Карле Фридрихе фон Вайцзеккере. Оценивая Гана, один из высших чинов,
проверявших записи, отметил:
«Это человек мира. Самый любезный из профессоров. Непопулярен среди
молодых ученых группы, считающих его деспотом. Обладает острым чувством
юмора и благоразумен. Демонстрирует уважительное отношение к Англии
и США. Чувствовал себя ужасно после известия об использовании атомной
бомбы, считает себя ответственным за жизни тех людей в силу сделанного им
открытия. Очень хорошо отнесся к факту, что пресса сочла автором открытия
профессора Мейтнер, хотя уточняет, что она была одной из его помощниц
и к тому же уехала из Берлина до того, как было сделано открытие».
В этом отчете констатируется: Ган переосмыслил процесс открытия рас-
щепления ядра до той степени, что начал считать, будто Мейтнер не играла
в открытии никакой важной роли. Однако письма и документы той эпохи
убеждают нас в том, что роль Мейтнер была такой же фундаментальной,
каки роль Гана.
за несколько месяцев до открытия расщепления, и этот факт за-
ставил многих поверить, что ее вклад в открытие был незначи-
тельным. Во многом этому убеждению способствовал и сам Ган,
давно дистанцировавшийся от Мейтнер. Конечно, это не соот-
ветствовало действительности: именно Мейтнер руководила
исследованиями, именно она постоянно говорила о том, что на-
блюдаемые процессы не укладываются в теоретические рамки,
именно она настояла на исследовании радия. Ган решил, что
радоваться его награждению Мейтнер мешает исключительно
уязвленное самолюбие, но для самой исследовательницы эта
ситуация стала очередной несправедливостью, связанной с ее
национальностью и полом. Кроме того, она считала, что такие
ученые, как Ган и Гейзенберг, гораздо ближе, чем заявляли впо-
следствии, сотрудничали с нацистским режимом. После этого
дружба Мейтнер с Ганом прекратилась навсегда. Однако несмо-
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
143
тря на всю горечь, которую она испытывала, исследовательница
присутствовала на нобелевском приеме и выслушала речь Гана,
который несколько раз упомянул ее работу и работу Фриша.
В свою очередь, Ган в знак уважения к Мейтнер разделил с ней
денежную часть премии — средства исследовательница пере-
дала в комитет атомной энергии в Принстоне, созданный для
наблюдения за возможными способами использования этого
вида энергии.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
После Второй мировой войны появилось много проектов, в которых пред-
лагалось коммерческое использование военных технологий. Ядерная
энергия рождала много надежд: считалось, что она поможет открыть но-
вую эру. Первой атомной станцией, подключенной к единой энергетиче-
ской сети, стала АЭС в Обнинске. Это был маленький экспериментальный
реактор, запущенный в 1954 году. Через два года Елизавета II открыла
в Соединенном Королевстве Колдер-холл, проработавший до 2003 года.
Эта станция использовала необогащенный уран и, по сути, производи-
ла очень мало электричества, так как служила прикрытием для главной
цели — производства плутония для военных проектов. Сегодняшние атом-
ные станции, как правило, работают на обогащенном уране. Для создания
поддерживаемой цепной реакции и производства энергии необходимо
достичь пропорции обогащения в 3%. В качестве ядерноготоплива можно
использовать и плутоний, но подобный вариант представляется довольно
спорным, так как этот элемент легко превращается в оружие. В настоящее
время атомные станции работают в 29 странах мира, их общее количество
не превышает полумиллиона, они производят около 20% всей электро-
энергии. Энергия от цепной реакции используется для испарения воды
и приведения в движение турбин, производящих электричество. Затем
вода проходит через конденсатор, так что ее можно использовать в но-
вом цикле. Обогащенный уран в виде плиток складывают внутрь труб или
стержней четырехметровой длины. Плитки располагаются группами по 50
или 100 штук, в один реактор помещают примерно 200 групп. Ядерное
топливо размещают в контейнере или на подносе из материалов, изолиру-
ющих радиоактивное излучение. Для контроля и регуляции цепной реакции
используют стержни, которые могут поглощать нейтроны. Это позволяет
избежать неконтролируемой реакции, которая приведет к взрыву.
144
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
После войны Общество кайзера Вильгельма было пере-
именовано в Общество Макса Планка. Ган и Штрассман ак-
тивно участвовали в восстановлении сети научных институтов.
В 1947 году Штрассман и Ган связались с Мейтнер, чтобы сде-
лать ей серьезное предложение — восстановить ее в прежней
должности. Однако возврат к прошлому был невозможен. В от-
ветном письме Штрассману исследовательница объясняла, что
не может забыть ужасных событий, произошедших при наци-
В атомных станциях энергия от расщепления используется для получения водяного пара,
который приводит в движение турбины. Так получается электричество.
Ядерная станция с герметичным водяным реактором: 1) блок реактора; 2) охлаждающая
башня; 3) реактор; 4) контрольные стрежни; 5) измеритель давления; 6) генератор пара;
7) топливо; 8) турбина; 9) генератор; 10) трансформатор; 11) конденсатор; 12) частицы
газа; 13) вода; 14) воздух; 15) воздух (влажный); 16) ток воды; 17) контур охлаждения;
18) первичный контур; 19) вторичный контур.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
145
стах. Она считала, что между ней и немецкими учеными — не-
примиримые разногласия. Ответила Мейтнер и Гану, объяснив
ему, что моральные соображения не позволяют ей вернуться.
Несмотря на свое разочарование, она вернулась в Герма-
нию в 1949 году, чтобы получить медаль Макса Планка за ра-
боту по расщеплению ядра. Эту награду она разделила с Ганом
и Штрассманом. В Германии медаль Планка была высшей
наградой, которой мог удостоиться ученый. Также Мейтнер
удалось изменить свое положение в Швеции: в 1947 году Ко-
ролевский технологический институт Швеции заключил с ис-
следовательницей договор и предоставил ей все необходимое
оборудование, чтобы она наслаждалась работой в лаборатории
с помощниками. Наконец, после многолетнего перерыва, Мейт-
нер могла продолжать научный труд. Несмотря на возраст, она
активно участвовала в проекте создания первого ядерного реак-
тора в Швеции. Наконец, в 1953 году Мейтнер ушла на пенсию
в возрасте 75 лет.
Когда в конце 1950-х ее здоровье ухудшилось, она пере-
ехала жить в Кембридж, к Отто Роберту Фришу. Мейтнер
не оставляла активную деятельность и читала лекции, особен-
но интересной была лекция в Вене, на которой она рассказала
о всей своей жизни. В 1964 году Лиза даже отважилась на посе-
щение Соединенных Штатов, чтобы в последний раз навестить
некоторых своих родственников и друзей. Расщепление ядра
принесло ей последнюю награду: в 1966 году она стала первой
женщиной, получившей премию Энрико Ферми. Эту награду
она вновь разделила с Ганом и Штрассманом. Ган и его жена
умерли в 1968 году, через год ушла из жизни и Мейтнер. Похо-
роны организовывал Фриш. Он беспокоился о том, чтобы его
знаменитую тетку похоронили в Англии, и даже выбрал фра-
зу для ее надгробного камня: «Физик Лиза Мейтнер, никогда
не терявшая своей человечности».
146
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Список рекомендуемой литературы
Aczel, A., Lasguerras del uranio, Barcelona, RBA, 2012.
Bodanis, D., E=mc2, Barcelona, Planeta, 2002.
Frisch, O.R., De la fision del atomo a la bomba de hidrogeno -
Recuerdos de un fisico nuclear, Madrid, Alianza, 1982.
Gamow, G., Biografia de la fisica, Madrid, Alianza, 2007.
Gribbin, J., Historia de la dencia, 1543-2001, Barcelona, Critica,
2003.
Hooft, G., Partfculas elementales, Barcelona, Drakontos, 2008.
Kragh, H.S., Generadones cuanticas: una historia de la fisica en el
siglo xx, Madrid, Akai, 2007.
Rife, P., Lise Meitner and the dawn of the nuclear age, Boston,
Brikhauser, 2007.
Sanchez Ron, J.M., Historia de la fisica cuantica, Barcelona, Critica,
2001.
Sime, R.L., Lise Meitner. A life in physics, California, University of
California Press, 1996.
Teresi D. y Lederman L., Laparticula divina, Barcelona, Drakontos,
2007.
147

Указатель
Enola Gay И, 133
Nature 24,25,98,102,112,115
Nuovo Cimento 98,99,102
Physikalische Zeitschrift 52,68
Айгентлер фон, Генриетта 44
алюминий 33,52,70,95-97,106
Андерсон, Герберт 121
Андерсон, Карл Дейвид 70
антисемитизм 37,85
Аррениус, Сванте 45
Бар-Бергиус, Эва фон 20,69,139,140
барий 10,17-21,24,33,112,115
Беккерель, Антуан Анри 30,31,35,49,
50,70
Бекманн, Эрнест 73
Берген-Бел ьзен 12
бериллий 95,98,106,119
Больцман, Людвиг 11,13,38,41-48,
55,56,59
Бор, Нильс И, 13, 20, 21, 24, 25,61,75,
82-84,99,111,112,114,120-123,
132,134,136,139,140
Бош, Карл 136
Брандт, Вилли 8
Вайцзеккер, Карл Фридрих фон 109,
130,143
Веймарская Республика 85
Виллар, Поль 35
Вильсон, Чарльз 47,53
Габер, Фриц 76,78
газ отравляющий 13,76,77
газы благородные 63,79
галлий 79
Гамов, Георгий 21,103-105
Ган, Отто 8-10,12,13,15,17-21,23,24,
57,60,62-70,72-78,80,81,85-89,
91,102,103,107-115,128,130,132,
135-141,143-146
Геббельс, Йозеф 140
Гейгер, Ханс 54,98
Гейзенберг, Вернер И, 12,87,110,111,
126,127,129-132,143,144
Гейслер, Генрих 32
Гельмгольц, Герман 61
Гильберт, Уильям 52
Гиммлер, Генрих 126
Гитлер, Адольф 13,18,85,87,122,146
Гроссе, Аристид фон 102,103
Грувс, Лесли 132
Дебьерн, Андре-Луи 80
дейтерий 51,129,132
Дирак, Поль 70,101
Жолио, Фредерик 10, 24,70,89,91,
94-97,102,107,111,115,122,127
Зинн, Уолтер 121
изотоп 9,19,50,51,65,66,70,96,100,
103,107,111,115,128,129,132
149
Институт
Берлинский химический 61,66,67,
72,78
кайзера Вильгельма 13,20,72,73,
75,76,78,81,85,88,91,127,
136,138-140
теоретической физики 48,112
капля воды, теория 21, 22, 24,25,110,
112
Кент, Мод Рей (Kent, Maud Ray) 122,
123
Кокрофт, Джон Дуглас 92,122,135
Копенгаген 13, 20,24,83,122,134,140
криптон 10
Крукс, Уильям 32-34
Кунгэльв 20,21,139
Кюри
Ирен 10,70,78,89,91,94-97,102,
111,115,122
Мария 11,31,43,48,49,63,70,74,
75,78,95
Пьер 31,43,63,95
Лауэ, Макс фон 110,130,143
Ленард, Филипп 33
литий 92,93
лучи
катодные 32-35
космические 70
рентгеновские 13,30-33,35,40,42,78,
86,87
Майер, Стефан 48,50
Майорана, Этторе 98,101
«Малыш* 133
Манхэттенский проект И, 101,122,
128,131-135,141
масса атомная 22,51,54,94
Мах, Эрнст 45
медаль Макса Планка 8,13,146
мезоторий 64-66, 78
Мейтнер
Августа 39,122
Филипп 13,37
мейтнерий 8
меморандум Фриша — Пайерлса 122,
131
Менделеев, Дмитрий 79
мировая война
Вторая 12,91,133,144
Первая 38,76,82
Муссолини, Бенито 101,120
Нагасаки 130,133,134
нацизм 7,8,12,17,76,84,88,91,108,
109,126,131,138
нейтрино 47,71
нейтрон 9,10,17-22, 24,51,55,71,
93-108,115,117,119-121,124,
127-129,132,134,144
быстрый 108,110,129
медленный 100,106,110,111,129
термальный 106,108,111
нептуний 114
нептуний-293 107
Ноддак, Ида 103
Общество кайзера Вильгельма 73,110,
145
Оже эффект 86,87
электрон 87
окно Ленарда 33
Оствальд, Вильгельм 46
парафин 95,106
Паули, Вольфганг 70,71,101
Планк, Макс 8,11,13,47,55-56,59-61,
69,72,73,75,85,88,109,110,145,
146
плутоний 107,132-134,144
плутоний-239 107,128,132-134
подвал 7,67,68,72,132
позитрон 70,71,96,97
полоний 31,48,80,92
премия
Игнаций Либер 85
Энрико Ферми 8,13,146
протактиний 9,13,57,80,81,102,103
протон 9,18,19,21, 22,25,51,55,71,
92-95,97-101,104,107,112,120,
122,129
пурин 66
радий 19,31,50,63-66,70,74,80,96,98,
106,111,112,123,125,142,143
радиоактивная отдача 13, 24,69
радиоактивность 13,18,27-55,60,63,
65,66,68-70, 73, 74,76,94-98,104,
115,144
искусственная 70,94-97,101
радиоактиний 64,66
радиоторий 63-66
радиофизика 86
150
УКАЗАТЕЛЬ
радиохимия 67,74,86,102
Рамзай, Уильям 63,65,66,79
распад 9,10,24,51,64,65,74,80,92,93,
96-98,104,107,108,110,111,114
альфа 9,55,64,65,103-105
бета 9,17,64,65,70,71,97,99,100,101,
107,108,111,114,128
гамма 64, 65
рассеяние альфа-лучей 27,50-55
расщепление 8-11,13,15,22-26,29,
39,87-89,91-95,104,105,107,110,
111,113-115,119-124,127,129,
132,140-143,145,146
реактор ядерный 127,129,144-146
реакция
поддерживаемая 121,129,131
цепная И, 101,117-146
редкоземельные элементы 65,106
Резерфорд, Эрнест 10,34,35,50,53-55,
63-66,68-70,74,75,84,89,91-95,
99
Рентген, Вильгельм 33, 42
Рубенс, Генрих 60,69
Рузвельт
Франклин Делано 124,125
Элеонора 142
Рэлей, лорд 45,46,79
ряды радиоактивные 64
Савич, Павел 111
Сарваши, Артур 40
Сегре, Эмилио 98,101
Сипбан, Манне 17,84,136,139
Силард, Лео 10,119,121,122,124
Содди, Фредерик 34,51,55, 64,65,74,
81
Сольвеевские конгрессы 12,75
Старк, Йоханнес 126
Стокгольм 13,17, 24,68,136,139
Тиббетс, Поль 133
«Толстяк» 133
Томсон, Джозеф Джон 34,35,54
торий 31,51,55,63-65,80,110,111
трансмутация химическая 55,63,64,71,
99,107,108,127
трансурановые элементы 9,13,99-102,
104,106,108,110,114,132,140
трубка Крукса 32-34
туннельный эффект 103-105
тяжелая вода 129,131
Уолтон, Эрнест 92
уран 9,10,17-22, 24, 25, 29-31,42,48,
51, 55, 63,64,80,88,89,94,96,99,
100,102-109,111,112,114-115,
119-129,131,132,134,144
уран-235 9, 121,127,128,131,134
уран-238 9,107,128
урановая смолка 31,80
ускоритель частиц 92,123
Фарм-холл 130,141,143
Ферми, Энрико 8-10,13,17,20,71,89,
91,96-108,115,120,121,123,129,
132,146
Фишер, Эмиль 66,67,89
флуоресценция 30-33,55
фосфор 33, 70,96,97
Фриш, Отто Роберт 13,17,20-22,
24-25,39,43,87,91,99,112,115,
120,122,123,131,132,134,135,140,
144,146
Хайгерлох 127
Хиросима И, 130,133,134
Холтон, Джеральд 47
Цвейг, Стефан 40
Чедвик, Джеймс 8,51,93,95
Штрассман, Фриц 13,15,17-19, 24,89,
91,106,107,111-115,145,146
Эйнштейн, Альберт 10, И, 22, 29,31,
61,69,72,75,85,87,121,124-126
экранирование 94,98
Экснер, Франц 42,45
электрон 9,32,34,35,50,54,70,71,
82-87,94,96,99-101,107,109
электроскоп 48,52, 53,68
элемент химический 78,99,100,107,
108
Эренфест, Поль 45-47, 48
ядро 9,10,13,17-19, 21,22,24,25,51,
53-55,69,70,83,84,86,87,89,91,
92-95,97,98,100,103-107, ИО-
112,115,119-121,129
УКАЗАТЕЛЬ
151
Наука. Величайшие теории
Выпуск № 33,2015
Еженедельное издание
РОССИЯ
Издатель, учредитель, редакция:
ООО «Де Агостини», Россия
Юридический адрес: Россия, 105066,
г. Москва, ул. Александра Лукьянова,
д. 3, стр. 1
Письма читателей по данному адресу
не принимаются.
Генеральный директор: Николаос Скилакис
Главный редактор: Анастасия Жаркова
Старший редактор: Дарья Клинг
Финансовый директор: Полина Быстрова
Коммерческий директор: Александр Якутов
Менеджер по маркетингу: Михаил Ткачук
Менеджер по продукту:
Надежда Кораблёва
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся
информации о коллекции, обращайтесь
по телефону «горячей линии» в Москве:
® 8-495-660-02-02
Телефон бесплатной «горячей линии»
для читателей России:
® 8-800-200-02-01
Адрес для писем читателей:
Россия, 600001, г. Владимир, а/я 30,
«Де Агостини», «Наука. Величайшие
теории»
Пожалуйста, указывайте в письмах свои кон-
тактные данные для обратной связи (теле-
фон или e-mail).
Распространение: ООО «Бурда Дистрибью-
шен Сервисиз»
Свидетельство о регистрации СМИ в Феде-
ральной службе по надзору в сфере связи, ин-
формационных технологий и массовых ком-
муникаций (Роскомнадзор) ПИ № ФС77-
56146 от 15.11.2013
УКРАИНА
Издатель и учредитель:
ООО «Де Агостини Паблишинг», Украина
Юридический адрес:
01032, Украина, г. Киев, ул. Саксаганского,
119
Генеральный директор: Екатерина Клименко
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся информа-
ции о коллекции, обращайтесь по телефону
бесплатной горячей линии в Украине:
® 0-800-500-8-40
Адрес для писем читателей:
Украина, 01033, г. Киев, a/я «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
УкраТна, 01033, м. КиТв, а/с «Де Агоспш»
Свидетельство о регистрации печатного
СМИ Государственной регистрационной
службой Украины
КВ № 20525-10325Р от 13.02.2014
БЕЛАРУСЬ
Импортер и дистрибьютор в РБ:
ООО «Росчерк», 220037, г. Минск,
ул. Авангардная, 48а, литер 8/к,
тел./факс: + 375 (17) 331 94 41
Телефон «горячей линии» в РБ:
® + 375 17 279-87-87
(пн-пт, 9.00-21.00)
Адрес для писем читателей:
Республика Беларусь, 220040, г. Минск,
а/я 224, ООО «Росчерк», «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
КАЗАХСТАН
Распространение:
ТОО «КГП «Бурда-Алатау Пресс»
Издатель оставляет за собой право изменять
розничную цену выпусков. Издатель остав-
ляет за собой право изменять последователь-
ность выпусков и их содержание.
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленного
электронного оригинал-макета
в ООО «Ярославский полиграфический
комбинат»
150049, Ярославль, ул. Свободы, 97
Формат 70 х 100 / 16.
Гарнитура Petersburg
Печать офсетная. Бумага офсетная.
Печ. л. 4,75. Усл. печ. л. 6,156.
Тираж: 20 000 экз.
Заказ № 1509960.
© Roger Corcho Orrit, 2013 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2013
© ООО “Де Агостини”, 2014- 2015
ISSN 2409-0069
(12+J
Данный знак информационной про-
дукции размещен в соответствии с требова-
ниями Федерального закона от 29 декабря
2010 г. № 436-ФЗ «О защите детей от ин-
формации, причиняющей вред их здоровью
и развитию».
Коллекция для взрослых, не подлежит обя-
зательному подтверждению соответствия
единым требованиям установленным Тех-
ническим регламентом Таможенного союза
«О безопасности продукции, предназначен-
ной для детей и подростков» ТР ТС 007/2011
от 23 сентября 2011 г. № 797
Дата выхода в России 22.08.2015
Женщина, еврейка и ученый - непростая комбинация для бурного XX века.
Австрийка по происхождению, Лиза Мейтнер всю жизнь встречала снис-
ходительность и даже презрение со стороны коллег-мужчин и страдала
от преследований нацистов. Ее сотрудничество с немецким химиком Отто
Ганом продолжалось более трех десятилетий и увенчалось открытием
нового элемента - протактиния - и доказательством возможности рас-
щепления ядра. Однако несмотря на этот вклад, Мейтнер было отказано
в Нобелевской премии. Она всегда отстаивала необходимость мирного ис-
пользования ядерной энергии, в изучении которой сыграла столь замет-
ную роль. Сегодня исследовательница стала воплощением научного гения
и символом борьбы с нетерпимостью и предрассудками.
ISSN 2409-0069
Рекомендуемая розничная цена: 279 руб.