Книга Лиза Мейтнер. Расщепление ядра - Роджер Корхо Оррит

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 отделом: Мейтнер возглавила отдел радиофизики, Ган — радиохимии. Ган проявил особый талант в общении с крупными промышленниками и поиске источников финансирования для института. 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 работали 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 исследовали спектральные линии бета-излучения, смогли установить связь с гамма-излучением».

Мейтнер продолжала общаться с Ганом, но их постоянные контакты прекратились. Ей приходилось наблюдать за работой выпускников, которых Лиза заставляла следовать всем протоколам, позволяющим поддерживать безопасность работы в лаборатории. Также она была заинтересована в фундаментальных исследованиях и начала использовать для изучения субатомных частиц туманную камеру. В 1922 году Мейтнер опубликовала еще одну важнейшую статью, в этот раз объясняющую феномен, получивший название эффекта Оже. В результате бомбардировки материалов рентгеновскими лучами (высокоэнергетичное электромагнитное излучение) электроны, находящиеся ближе к ядру, могут выбиваться; начинается процесс, при котором данный энергетический уровень захватывают электроны из высших уровней. В результате испускается один фотон энергии, что характерно для смены энергетических уровней. Большая стабильность достигается в результате испускания одного из электронов верхних уровней. Потеря этого второго электрона лежит в основе явления, называемого эффектом Оже (см. рисунок 3).

В 1925 году мир физики снова вздрогнул — причиной стала публикация новой теоремы квантовой теории, предтечей которой стал молодой Вернер Гейзенберг (1901-1976). Мейтнер получала информацию о новых теориях из первых рук и участвовала 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.

РИС.З

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 следующий год Адольф Гитлер, не добившийся победы на выборах, 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.

Нацистская партия стала приспосабливать законодательство к своей расистской идеологии. Были приняты законы, заставлявшие увольняться граждан, которые не могли доказать чистоту расы, то есть то, что ни их родители, ни родители родителей не были евреями. Хотя Мейтнер давно стала протестанткой, для расистов она оставалась еврейкой, пусть и защищенной австрийским гражданством. Однажды после того, как Мейтнер заполнила анкету о своих родственниках, ей сообщили, что она больше не может заниматься преподаванием. Вмешательство Планка и Гана не принесло плодов.

Многие ученые-евреи бежали из Германии, хотя устроиться 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 сохранила должность в Институте кайзера Вильгельма и продолжала 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 привела Мейтнер и Гана к открытию расщепления ядра.

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 только историю физики, но и историю человечества. Это открытие было совершено благодаря работе Мейтнер и Гана. Незаменимым их помощником был Фриц Штрассман, который заступал на место Гана, когда тому нужно было вернуться к исполнению бюрократических обязанностей, связанных с функционированием Института кайзера Вильгельма. Также нужно вспомнить и о вкладе Отто Роберта Фриша, племянника Мейтнер.

К несчастью, расщепление ядра позволило создать атомную бомбу, разработанную в США во время Второй мировой войны и использованную против японских городов Хиросимы и Нагасаки. Однако впоследствии расщепление нашло применение в мирных целях: для производства энергии были построены атомные электростанции.

Как мы увидим в этой главе, в основу исследований легли работы Резерфорда, Ирен Кюри и Фредерика Жолио, но непосредственное влияние на них оказал Энрико Ферми — итальянский 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.

ДЕЛЕНИЕ ЯДРА

Путь, который привел к открытию расщепления ядра, был намечен в начале XX века при открытии ядра атома. Резерфорд не только открыл его как составную часть атома, но и стал первым, кто попытался разделить атом, чтобы изучить его внутреннюю 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 радиоактивном распаде таких элементов, как полоний. Ядро азота, поглощая альфа-частицу, утрачивало стабильность, происходила эжекция протона. Расчеты баланса частиц понятны: у азота — семь протонов, к которым можно добавить еще два протона от поглощаемой альфа-частицы. При испускании протона в ядре остается восемь протонов, что соответствует кислороду. Таким образом, было доказано, что элементы могут трансмутировать, в том числе возможна искусственная трансмутация.