Но только ли уран? Этот вопрос и был поставлен Марией Склодовской-Кюри. Таким образом, был открыт новый этап исследований, который провели супруги Кюри.
Мария Кюри воспользовалась наблюдением Беккереля, что под влиянием излучения, испускаемого ураном, воздух становится проводником электричества. Это упростило поиск веществ, которые испускают так называемые беккерелевы лучи. М. Кюри натолкнулась на удивительный факт: урановая смолка – руда, из которой добывают металлический уран, испускает беккерелевы лучи с гораздо большей интенсивностью, чем чистый уран. В результате супруги Кюри открыли два новых радиоактивных вещества, которые они назвали полонием и радием.
Всем веществам, которые способны излучать лучи Беккереля, Мария Кюри дала общее название – радиоактивные (что означает способные испускать лучи).
С помощью метода сцинтилляций, камеры Вильсона, ионизационной камеры и другой аппаратуры Марии и Пьеру Кюри, Резерфорду, Содди, Вилларду и другим ученым либо независимо, либо совместно удалось обнаружить и изучить три типа лучей Беккереля, испускаемых ураном. Каждый из них получил свое название: альфа, бета, гамма. Альфа-лучами назвали те лучи, которые магнитным полем отклоняются слабо и представляют собой поток положительно заряженных частиц. Бета-лучами назвали лучи, которые магнитным полем отклоняются сравнительно сильно и представляют собой поток электронов, т. е. отрицательно заряженных частиц. Гамма-лучами назвали лучи, которые магнитным полем не отклоняются вовсе.
Успехи физики XIX в. позволили существенно продвинуться в создании целостной системы, объединяющей механику Ньютона и электродинамику Максвелла и Лоренца. Теория электромагнитного поля, созданная Максвеллом, вошла в историю науки наряду с такими фундаментальными обобщениями, как ньютонова механика, квантовая механика. Процесс коренного преобразования физики подготавливался научными открытиями конца XIX в., сделанными В. Рентгеном (рентгеновские лучи, 1895 г.), А. Беккерелем (естественная радиоактивность урана, 1896 г.), Дж. Томсоном (открытие электрона, 1897 г., первая модель строения атома), М. Склодовской-Кюри (радиоактивные элементы – полоний и радий, 1898 г.), М. Планком (теория квантов, 1900 г.) и др. Выполненные к началу XX в. работы химиков и физиков, теоретиков и экспериментаторов, вплотную приблизили науку об атоме к проблеме высвобождения ядерной энергии атома.
Атомистика первой половины XX в.
Исследования по радиоактивности стали проводиться в России почти сразу после открытия Беккереля. Ученые И. И. Боргман (1900 г.) и А. П. Афанасьев исследовали свойства радиоактивного излучения, в частности лечебные свойства целебных грязей. В. К. Лебединский (1902 г.) и И. А. Леонтьев (1903 г.) изучали влияние радиоактивности на искровые разряды и определили одними из первых природу гамма-лучей. Н. А. Орлов исследовал действие радия на металлы, парафин, легкоплавкие органические вещества. Кроме Петербургского университета такого рода работы велись в Медицинской академии, в университетах Новороссийска, Харькова и других городов. Важные результаты в этой области были получены В. А. Бородовским, Г. Н. Антоновым, Л. С. Коловрат-Червинским.
В. А. Бородовский, закончив физико-математический факультет Юрьевского университета в 1902 г., работал с 1908 г. в Англии в лаборатории Кенсингтона, а затем в лаборатории Кавендиша (Кембридж). Им написана работа «Поглощение бета-лучей радия», он одним из первых установил наличие радия в ферганской радиоактивной руде. Именно из нее в 1921 г. В. Г. Хлопин получил отечественный препарат радия.
Г. Н. Антонов работал несколько лет в лаборатории Резерфорда. В 1911 г. он открыл уран V. Среди ученых были сомнения. Тогда Резерфорд по рекомендации Содой передал Антонову 60 г ураннитрата, с помощью которого в России Антонов доказал свою правоту. «Уран превращается одновременно в два продукта, - докладывал Антонов на заседании Российского физико-химического общества (РФХО), – в уран Х и в меньшем количестве в уран V».
Результаты работ Л. С. Коловрат-Червинского по радиоактивности имели большое научное значение. С 1906 г. он в течение пяти лет работал в лаборатории М. Кюри, провел эксперименты по исследованию бета-лучей и составил «Таблицы констант радиоактивных веществ». Его работы нашли отражение в монографии Марии Кюри и в книге Резерфорда «Радиоактивные вещества и их излучение». Коловрат-Червинским было написано около 250 научных трудов. Он был одним из первых крупных ученых дореволюционной России, который после Октябрьской революции развернул в нашей стране работы по радиологии. Смерть в 1921 г. в возрасте 49 лет прервала его работу в Государственном рентгенологическом и радиологическом институте.
В 1910 г. в Одессе была создана радиологическая лаборатория, в Томске спустя некоторое время была организована аналогичная лаборатория.
После 1917 г. был создан Радиевый институт под руководством В. И. Вернадского, заместителем которого стал В. Г. Хлопин. В послереволюционные годы было создано радиевое производство на базе отечественных месторождений.
Без участия в этих работах русских ученых-радиологов всех направлений не было бы базы для создания отечественной радиевой промышленности и развития советской радиологии, а в будущем советской атомной науки и промышленности.
История высвобождения и использования внутриядерной энергии атома не могла идти самостоятельным, каким-то отдельным путем, это история развития многих наук, прежде всего физики и химии.
В открытии и высвобождении внутриядерной энергии атома приняли участие ученые многих стран мира, разных национальностей и разнообразных профессий. Этот невиданный ранее источник энергии, скрывающийся в недрах атома, принадлежит всему человечеству.
В 1900 г. немецкий физик-теоретик М. Планк (1858-1947) ввел новую универсальную постоянную, названную им элементарным квантом действия. Введя понятие кванта энергии, он сформулировал квантовую гипотезу, положив тем самым начало квантовой теории, или, коротко, атомизации действия. В первые годы эта теория не имела «шумного успеха», пока ее не применил А. Эйнштейн и не показал ее Незаменимость для понимания явлений, происходящих в микромире.
В 1910-1914 гг. А. Эйнштейн (1879-1955) создал общую теорию относительности, в которой сформулировал новый подход к проблеме пространства и времени. Принцип относительности Эйнштейна – закон такой же абсолютной силы и значения, как и закон сохранения энергии. Позже Эйнштейн был вынужден эмигрировать из Германии и отказаться от немецкого гражданства. Он уехал в 1932 г. из гитлеровской Германии, стал эмигрантом, переселился в США и приступил к работе в Принстоне в Институте высших исследований. Принимал участие в антивоенном движении, выступал против фашизма.
Но фашизм наступал. Гитлеровская Германия в марте 1938 г. захватила Австрию, в марте 1939 г. аннексировала Чехословакию.
Великобритания и Франция шли на уступки территориальным притязаниям гитлеровского правительства, надеясь этим удовлетворить поползновения гитлеровской Германии и направить ее военную силу против СССР.
Общественность всех стран чувствовала, что мировая война становится неизбежной. Ученые США, в частности, понимали, к каким тяжелым последствиям она может привести, поскольку гитлеровская Германия обладала очень сильным научным и техническим потенциалом. Немецкие ученые вплотную подошли к возможности применения внутриядерной энергии атомов урана в военных целях. Именно в Германии впервые было осуществлено деление ядер урана. Вот почему ученые – физики-эмигранты, и среди них Сцилард и Теллер, - убеждали Альберта Эйнштейна обратиться к президенту Соединенных Штатов Ф. Рузвельту с предложением развернуть в США работы по созданию ядерного оружия, ядерной бомбы, с тем чтобы опередить Германию.
После длительных размышлений и внутренней борьбы Эйнштейн предложил начать работы по созданию ядерной бомбы, хотя по натуре своей он был убежденным пацифистом.
2 августа 1939 г. Альберт Эйнштейн направил письмо президенту США Франклину Делано Рузвельту.
Ф. Д. Рузвельту
Президенту Соединенных Штатов
Белый дом, Вашингтон
Сэр!
Некоторые недавние работы Ферми и Сциларда, прочитанные мной в рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и, при необходимости, быстрых действий со стороны правительства. Я считаю своим долгом обратить Ваше внимание на следующие факты и рекомендации.
В течение последних четырех месяцев благодаря работам Жолио во Франции, а также Ферми и Сциларда в Америке стало реальным получение ядерной реакции при больших количествах урана, вследствие чего можно освободить значительную энергию и получить большие количества радиоактивных элементов. Можно считать почти достоверным, что это будет достигнуто в ближайшем будущем. В свою очередь это может способствовать созданию бомб, возможно, исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт с прилегающей к нему территорией. Такие бомбы могут оказаться слишком тяжелыми для воздушной перевозки.
Соединенные Штаты обладают малым количеством урана. Ценные месторождения его находятся в Канаде и Чехословакии. Серьезные источники – в Бельгийском Конго. Ввиду этого было бы желательным установление постоянного контакта между правительством и группой физиков, исследующих в Америке проблемы цепной реакции.