Курчатов, стр. 16
Ампулы с радон-бериллиевыми источниками изготовляли для Курчатова в радиевом институте. Но количество их было недостаточным, поток нейтронов небольшим, а хотелось использовать возможности нового метода, как говорится, до дна. Игорь Васильевич нередко оставался на ночь в институте. По воспоминаниям работавших с ним, он, как, впрочем, и все тогда, не заботился об элементарной защите от излучений — на его пальцах постоянно была розовая молодая кожа — результат радиоактивных ожогов.
Перед нами стопа статей о его работах, относящихся к весне и лету 1934 года. Среди тех, кто помогал ему тогда, брат Борис Васильевич, Л. Мысовский — заведующий отделом физики радиевого института, основной поставщик ампулок.
За этой стопкой статей — часы раздумий и обсуждений.
Первые же опыты Ферми показали, что почти все элементы после облучения нейтронами испускают электроны. Это свидетельствовало о происходящих под действием нейтронов ядерных превращениях.
Каков характер этих превращений? Прежде всего удалось установить, что активность элемента, подвергнутого действию нейтронов, падает по определенному закону: у каждого свой период полураспада. Так, после облучения кремния его активность падала вдвое через каждые 2,3 минуты, независимо от того, через сколько времени после окончания облучения начинаются измерения. Поскольку больше никаких полупериодов не обнаружилось, можно было сказать: в результате воздействия нейтронов здесь образуется лишь одно радиоактивное ядро с периодом полураспада в 2,3 минуты. Но уже алюминий дал более сложную картину.
Было известно, что после облучения нейтронами алюминий становится радиоактивным, причем период полураспада составляет около 12 минут. И вот Игорь Васильевич с товарищами обнаруживают совершенно другое излучение — с периодом полураспада 15 часов!.. Тщательно перепроверяют результаты и наталкиваются на третье излучение! — период полураспада 2,3 минуты...
Значит при облучении обычного алюминия образуются ядра трех сортов!
Прежде всего было ясно, что новые радиоактивные ядра не могут сильно отличаться по своему заряду и массе от ядер исходного элемента и должны занимать соседние места в таблице Менделеева. Такими элементами могли быть натрий и магний. Исследователи проводят необходимый радиохимический анализ — так и есть! Обнаруживаются радиоактивный изотоп магния (период полураспада 10 минут) и натрия (период полураспада 15 часов). А каково третье вещество?
«Стараемся отделить химическим путем его от алюминия. Не удается, — рассказывал Игорь Васильевич в одной из своих лекций. — И не мудрено, ибо это вещество есть не что иное, как радиоактивный изотоп того же алюминия с периодом полураспада 2,3 минуты».
...Еще раньше в лаборатории Игоря Васильевича было установлено, что при облучении одноизотопного элемента фосфора также идут две независимые реакции с образованием радиоактивных изотопов алюминия и кремния. Так была раскрыта еще °дна тайна ядерных превращений — разветвление ядерных реакций под действием нейтронов. Но, конечно, далеко не последняя.
«Незаконный» близнец
Когда Игорь Васильевич и Лев Ильич Русинов начали опыты с облучением нейтронами брома, состоящего из смеси двух изотопов, ничто, казалось, не предвещало неожиданностей. Реле счетчика щелкало, отсчитывая частицы, излучаемые облученным бромом, уже выявились два новых радиоактивных ядра — и это было вполне закономерно: из двух устойчивых изотопов с массовыми числами 79 и 81 получались ядра с массовыми числами 80 и 82. Им и соответствовали два периода полураспада.
Наблюдения продолжались... Постепенно менялось выражение лиц у экспериментаторов. В щелчках реле они явственно чувствовали, как дает о себе знать еще одно радиоактивное ядро, которого не должнобы быть. Неожиданное появление третьего периода полураспада было либо результатом ошибки, либо... открытием. И Курчатов, и Русинов, и Мысовский еще и еще раз проверяли, нет ли ошибки. Но сомнения постепенно отпадали: обнаружен еще один элемент с периодом полураспа да 36 часов.
Решено было прежде всего по примеру того, как поступали с облученным алюминием, выделить неизвестный элемент при помощи химического анализа.
Однако никакими ухищрениями нового элемента обнаружить не удавалось. Но отрицательный результат в науке тоже зультат. В данном случае он говорил о том, что под действием нейтронов образовался не новый элемент, а третий радио активный изотоп брома.
...О странном, возбуждающем интерес эксперименте узнал весь институт. Заинтересовался им и Абрам Федорович Иоффе, хотя мысль его была занята проблемами полупроводников. Откуда появился у брома третий «незаконный» близнец?
Поначалу решили, что он возникает в результате реакции нового типа, которая проходит без захвата нейтрона а сопровождается выбрасыванием еще одного ядерного нейтрона.
Но экспериментаторы опровергли такое предположение. По расчетам теоретиков, реакция, сопровождающаяся испусканием нейтрона, должна бы требовать затраты энергии, а это возможно только при бомбардировке ядер быстрыми нейтронами. Она же, как доказали Игорь Васильевич и Лев Ильич Русинов, шла не только на быстрых частицах, но и на медленных...
Получалось, что новый изотоп по своему массовому числу... не отличается от уже исследованного. В нем столько же протонов и нейтронов, но совершенно другие свойства.
Так был сделан новый, принципиальной важности шаг в глубины атомного ядра. Оказалось, что свойства ядра зависят не только от количества частиц, но и от структуры. Ядра с одинаковым числом протонов и нейтронов, но разной структурой Курчатов назвал изомерами, а явление — ядерной изомерией.
Но какой же из изотопов брома «рождает» изомеры? Позднее установили, что бром с массовым числом 80 дает при взаимодействии с нейтронами два изотопа с периодами полураспада 18 минут и 4,2 часа.
Сейчас явление ядерной изомерии стало хрестоматийным, вошло во все учебники по ядерной физике. Оно подробно изучено, в том числе и самим Игорем Васильевичем, до конца жизни интересовавшимся судьбой своего открытия. Уже известно около сотни ядер-изомеров.
В краткой энциклопедии «Атомная энергия» так оценена эта работа И. В. Курчатова и его товарищей: «Примером выдающихся новых результатов, непосредственно связанных с развернувшимся в мировом масштабе изучением искусственной радиоактивности, может служить открытие ядерной изомерии искусственно активизированных веществ. И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. И. Русинов, Л. В. Мысовский впервые наблюдали это явление в 1935 году в случае радиоактивного брома (Br^80). Значение ядерной изомерии в связи с вопросами структуры ядер начинает выясняться в самое последнее время».
Показательно и то, что в этом случае экспериментаторы, работавшие под руководством Игоря Васильевича, сами искали теоретическое обоснование открытому явлению. В связи с этим на одном из семинаров, где И. В. Курчатов и Л. И. Русинов докладывали о своих взглядах на процессы в ядрах-изомерах, Иоффе горячо поздравил их с успехом и высказал упрек в адрес теоретиков ядра.
— Жаль, что наши теоретики, — отметил он, — ничем не помогали экспериментаторам и им пришлось трудиться на два фронта: и выполнять сложнейшие опыты и тут же истолковывать факты. Тем знаменательнее их успех!
1935 год — поистине феноменальный по плодовитости даже для такого необычайно трудолюбивого ученого, каким был Игорь Васильевич. В этом году было опубликовано 17 его оригинальных работ. В качестве участников исследований выступали Г. Д. Латышев, Л. М. Неменов, М. А. Еремеев, И. П. Селинов, Д. 3. Вудницкий, Л. В. Мысовский, Л. А. Арцимович и другие.
О некоторых из этих ученых мы уже говорили и расскажем впоследствии, о двух же из них есть смысл рассказать здесь.
Л. М. Неменов, сын известного рентгенолога, основателя рентгеновского института, еще студентом по настоянию отца пришел в физтех. Иоффе определил юношу в лабораторию Курчатова:
— Вот, Игорь Васильевич, знакомьтесь — Буба Неменов. Будет вам помогать.