У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро

Ирен Кюри и Фредерик Жолио, 1935 год. В этом году паре получила Нобелевскую премию.

Резерфорд (в центре), Уолтон (справа) и Кокрофт вместе работали в лаборатории над разрешением проблемы искусственного разделении атома.

Когда 14 апреля 1932 года Уолтон запустил ускоритель, других свидетелей первых проблесков, которые начала улавливать машина, рядом не было. Уолтон знал, что происходит нечто важное, и немедленно известил Кокрофта и Резерфорда, чтобы те посмотрели результаты. Резерфорд сразу же стал проверять природу вспышек и обнаружил, что это были альфа- частицы, его старые знакомые, вновь навестившие его. В этот момент Резерфорд сказал:

"Эти вспышки сильно напоминают альфа-частицы. Если кто и может идентифицировать вспышку невооруженным глазом, так это я, потому что присутствовал при самом ее рождении".

Альфа-частицы на самом деле были фрагментами лития, разделившегося на две половины. Аппарат улавливал альфа- частицы, которые, как мы говорили, состоят из двух протонов и двух нейтронов. Ускоритель частиц запустил протон на изотоп лития, состоящий из трех протонов и четырех нейтронов в ядре. При воздействии на литий первый протон поглощался ядром, так формировалось нестабильное ядро из четырех протонов и четырех нейтронов, начинался процесс дезинтеграции атома на две равные половины (см. рисунок на с. 140). Разделение оказывалось ровным, так что возникали две частицы, у каждой из которых имелось по два протона и два нейтрона. Это были альфа-частицы, улавливаемые детектором. Исследователям удалось разделить атомное ядро пополам.

Резерфорд потребовал, чтобы оба ученых немедленно написали научную статью с подтверждением открытия. Они первыми добились желанной цели, и никто не должен был их опередить в последний момент. Через две недели в журнале Nature было объявлено об открытии, Кокрофт и Уолтон утверждали:

"Блеск вспышек и плотность треков, которые наблюдались на камере расширения, дают основания полагать, что эти частицы являются обычными альфа-частицами. Если эта точка зрения верна, возможно, что изотоп лития с массовым числом 7 время от времени притягивает протон и получившееся ядро из восьми протонов разделяется на две альфа-частицы, у каждой из которых массовое число равно 4, а энергия — примерно восемь миллионов электрон- вольт. Эволюция энергии с этой точки зрения — примерно шестнадцать миллионов электронвольт из-за разделения, что примерно совпадает с ожидаемым, исходя из уменьшения атомной массы, задействованной в дезинтеграции".

Работа Кокрофта и Уолтона состояла в основном в создании большого генератора, то есть электрической цепи, дающей высокое напряжение при постоянном токе, начиная от низкого напряжения при переменном. С помощью этого генератора им впервые в истории удалось ускорить частицы до скорости, достаточной для разделения атома. Генератор состоял из сети в форме лестницы из конденсаторов и диодов, удваивающих напряжение. Эта система была очень эффективной и более экономичной, чем использование трансформаторов.

Эрнест Уолтон настраивает работу генератора Кокрофта — Уолтона детектором, на котором можно было производить наблюдение вспышек при разделении лития, 1940 год.

Ускоренный протон воздействует из ядро лития, возникает энергия, а ядро в тоже время разделяется на две равные части, идентифицированные как альфа-частицы.

По странному стечению обстоятельств через несколько недель в лабораторию должен был приехать Эйнштейн. Немецкий физик познакомился с Кокрофтом и Уолтоном, осмотрел оборудование. Именно для ядерных реакций было необходимо прибегать к формуле Е - mc², чтобы объяснить, как часть задействованной в начале процесса массы превращалась в энергию.

В течение нескольких лет Резерфорд не мог объявить о каком-либо значимом открытии, и вот он снова оказался на вершине. В том же году Чедвик сообщил об открытии нейтрона. Эти вехи развития науки всегда будут ассоциироваться с великим профессором.

Резерфорд находился в авангарде передовых научных исследований в течение трех десятилетий и продолжал удерживать центральные позиции. Ему уже было за 60, и все же у него оставалась достаточно энергии и энтузиазма, чтобы приступить к изучению дейтерия, тяжелого водорода, прогноз о котором он дал когда-то давно, но открыт он был недавно. Резерфорд до сих пор переписывался с самыми значимыми учеными, среди которых были и представители нового поколения. Одно из убеждений, которые он настойчиво защищал именно в эпоху великих социальных и политических потрясений, заключалось в том, что научные идеи должны распространяться, сообщаться и передаваться. Научный дискурс по своей природе противоположен закрытости и упорству ура-патриотов. В основе науки лежит космополитизм.

В 1933 году Резерфорд участвовал в научном споре, касающемся возможного использования большого количества энергии, высвобождаемой при расщеплении атомных ядер. Он критически относился к возможности коммерческого использования этой энергии, так как для разделения атома было необходимо использовать невероятные количества энергии для ускорения частиц. С его точки зрения, этот процесс никогда не мог стать эффективным. Ему пришлось уточнить это мнение три года спустя, когда он понял, что нейтронам не требуется так много энергии для разделения ядра и для освобождения хранившейся внутри ядра энергии. "Было необходимо только, чтобы появился метод, позволявший производить медленные нейтроны в достаточном количестве, чтобы не тратить больше энергии". Однако на тот момент не существовало ничего отдаленно похожего.

Резерфорд был уверен, что сотрудничество является базой научного прогресса, и хотя он никогда не высказывал открыто свои политические взгляды, когда в 1933 году к власти в Германии пришел Адольф Гитлер, он понял, что политика по- настоящему угрожает его научным идеалам.

Эти трансформации атомов представляют необыкновенный интерес для ученых, но мы не можем контролировать атомную энергию до такой степени, чтобы она приобрела коммерческую ценность. Думаю, мы далеки от этого.

Эрнест Резерфорд

В Германии начали публиковать законы, запрещавшие евреям занимать должности в органах власти и других учреждениях. Университеты не стали исключением, так что многие коллеги Резерфорда были уволены из учебных заведений и исследовательских центров. Один из блистательных научных коллективов оказался в трудной ситуации и подвергался гонениям.

Нацисты не только преследовали еврейских ученых, но также старались уничтожить их научные идеи. Они хотели искоренить "еврейскую физику", в которой выделялась теория относительности Эйнштейна, чтобы защитить арийскую физику. Среди вдохновителей были Йоханнес Штарк (1874— 1957) и Филипп Ленард (1862-1947), требовавшие уничтожения книг еврейских авторов и публичного их сожжения.

Резерфорд лично помогал ученым. Так, он позаботился о том, чтобы Борна приняли в Эдинбургском университете, руководил Советом академической помощи, действовавшим как сеть, содействующая ученым по устройству в университетах за границей.

В эпоху обострившегося экономического кризиса и антисемитизма Эрнесту Резерфорду довелось столкнуться с множеством трудностей и непониманием соотечественников. Совету пришлось работать с 1300 просьбами о помощи.