...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.
Давая поручения, Курчатов скоро заметил, с какой добросовестностью Буба берется за любое дело: красит детали, прокладывает трубы. Лаборатория пришлась Бубе по душе. Он окончил институт, был переведен в другой отдел на самостоятельную работу. Но в дни «радиоактивной лихорадки» Неменов пришел к Курчатову, принял участие в нескольких работах и «заболел» ядерной физикой окончательно. Л. М. Неменов так и остался работать с Игорем Васильевичем.
Владимир Иосифович Бернашевский работал механиком на одном из заводов. Проходя после смены мимо здания физтеха, где сверкали молнии, раздавался зловещий треск, он останавливался как зачарованный. Однажды он зашел туда попроситься на работу. Его взяли. В первые же. дни на него обратил внимание Игорь Васильевич. Уж очень увлекался опытами парень! И вот уже он не механик Володька, а уважаемый соавтор уважаемого ученого.
Знакомясь с именами тех, кто работал с Игорем Васильевичем, мы не можем не заметить, что число их год от году росло. Академик А. П. Александров справедливо писал по этому поводу: «Создание „задела“ на будущее, расширение фронта работ, привлечение новых сил – вот стиль Игоря Васильевича. В новую область физики И. В. Курчатов входил, как в битву, собирая силы на главном направлении, создавая резервы для будущего».


Если «затормозить» нейтроны...

Вскоре после открытия наведенной радиоактивности Энрико Ферми начал исследования взаимодействий нейтронов с веществом не только на той большой скорости, с которой вылетали нейтроны из радон-бериллиевого источника, а и на других, меньших скоростях. Было известно, что нейтроны вылетают из бериллия со скоростью 30 тысяч километров в секунду. Если их «затормозить», то как они будут взаимодействовать с ядрами?
В 1934 году к подобным же исследованиям приступил и Курчатов. Он писал:

«Согласно нашим представлениям большие скорости вовсе не обязательны для того, чтобы нейтрон мог проникнуть в ядра элементов, расщеплять должны были и более медленные нейтроны».

Чтобы проверить это утверждение практически, следовало найти замедлители нейтронов.
И первое, что пришло в голову исследователям, применить воду.
Игорь Васильевич так рисовал механизм замедления нейтронов в воде: «Нейтроны, проходя через воду, испытывают время от времени столкновения с протонами, и ввиду того что масса обеих частиц примерно одинакова, при каждом столкновении энергия нейтрона... уменьшается. Вместо быстрых нейтронов мы получим, таким образом, медленные, со скоростью в 1000 километров в секунду».
Опыты подтвердили предположения, но кое-что и уточнили:

«Детальное исследование свойств замедленных (водой или парафином) нейтронов показало, что их скорости еще меньше, чем мы... рассчитывали... Нейтроны, проходя через воду или парафин, испытывают большее число столкновений, чем это было указано выше, и должны достигать по расчету в конце концов (в толщинах парафина всего лишь в 10 см) тепловых скоростей... порядка двух километров в секунду».

Ну хорошо, медленные нейтроны получены. Как они взаимодействуют с ядрами? Результат исследования искусственной радиоактивности, возбуждаемой замедленными нейтронами, полученный Э. Ферми, оказался совершенно неожиданным: медленные нейтроны вызывали искусственную радиоактивность в еще большей степени, чем быстрые. В этом немедленно убедился и Игорь Васильевич.
«Полученные с медленными нейтронами результаты настолько поразительны, – писал в те годы И. В. Курчатов, – что первое время казалось, будто мы имеем дело вовсе не с нейтронами, а с какими-то новыми частицами».
Потребовалось пересмотреть прежние взгляды. Игорь Васильевич отмечал: «Мы видим, что основные условия возможности ядерных реакций, которые мы ранее указывали (наличие большой скорости у взаимодействующих частиц), не всегда обязательны. Оказывается, что наоборот – при малых скоростях нейтронов ядерные расщепления проходят с максимальной интенсивностью».
Но со всеми ли ядрами происходит такое? Выяснению характера взаимодействия медленных нейтронов с ядрами разных элементов и были посвящены эксперименты 1935 года.
Работы велись и в физтехе и в радиевом институте. Много сил отнимало налаживание приборов. Нередко они все же подводили в самый горячий момент. Борис Васильевич Курчатов вспоминает, как Игорь Васильевич выручил однажды из «беды» академика Хлопина и его супругу, экспериментировавших в одной из лабораторий радиевого института. У них уже все было готово к опыту, как вдруг... щелкнули переключатели, а приборы молчат.
– Проклятый счетчик! – с досадой произнес женский голос.
Курчатову, находившемуся в соседней комнате, стало ясно – счетчик Гейгера «закапризничал». Игорь Васильевич с лаборантом отключили свой исправный счетчик и внесли в комнату, где работали Хлопины.
– Вот спасибо, – благодарили супруги, – сами ведь знаете, как тяжело откладывать уже готовый эксперимент!
Игорь Васильевич понимающе кивнул – тем более что свой эксперимент он вынужден был действительно отложить...
...От эксперимента к эксперименту, как по своеобразным ступеням, Курчатов шел к более полному познанию взаимодействия ядер с нейтронами. Будет ли расщепляться литий медленными нейтронами? Игорь Васильевич вместе с ленинградскими и харьковскими учеными ставит опыты. Замедлителем служит вода. Ампулу, излучающую нейтроны, опускают в бак, а сверху, на крышке бака, помещают мишень – пластинку лития, запаянную в алюминиевую коробочку. Сравнивать эффективность воздействия быстрых и медленных нейтронов можно, выпуская воду из бака и впуская ее. Когда воды между ампулкой и мишенью нет – действуют быстрые нейтроны, когда они разделены водой – медленные. «Мы убедились, – записали авторы в отчете, – что активность мишени обусловлена главным образом действием замедленных нейтронов».
Но мало установить этот факт. Надо определить, что за реакция происходит. Камеры отметили: вылетают две частицы. Одна из них – ядро трития, сверхтяжелого изотопа водорода с массовым числом 3. Итог определился так: поглощение ядром лития нейтрона приводит к образованию ядра трития и альфа-частицы.
Но это, так сказать, качественная сторона явления. А нельзя ли дать количественную оценку взаимодействия ядра лития с нейтроном? Нельзя ли, например, определить площадь круга, пролетая через который нейтрон будет захвачен ядром, расположенным в центре этого круга?
Произведя расчеты, Курчатов и его сотрудники установили, что «сечение захвата» (так именуется площадь этого воображаемого круга) у лития тем больше, чем медленнее пролетает нейтрон.
Но в дальнейшем обнаружились и аномалии. При определенной скорости нейтронов поглощение их вдруг резко возрастало, а при дальнейшем уменьшении скорости – опять падало. Испробовав в качестве мишени множество веществ, Курчатов пришел к выводу: некоторые из них способны резко увеличить поглощение нейтронов со строго определенными скоростями. Такое «резонансное поглощение», как его стали называть, оказалось особенно велико у лития, бора, кадмия, редкоземельных элементов и некоторых других веществ.
Обсуждение этих экспериментов вызывало в лаборатории оживленные споры.
«Я припоминаю драматическую ситуацию, – рассказывает академик А. И. Алиханов, – которая возникла в связи с обнаружением резонансного поглощения нейтронов. Явление заключалось в резком возрастании поглощения нейтронов в веществе в определенной, узкоограниченной области скоростей нейтронов. В этой работе участвовал и Л. А. Арцимович.
Он взял на себя роль «адвоката дьявола». Он упорно настаивал, что их опыты еще не доказывают с полной уверенностью существование резонансного поглощения нейтронов. Мы стали невольными свидетелями этих споров между Л. А. Арцимовичем и И. В. Курчатовым, так как хорошо слышали их голоса через стену.
Обычно спор кончался на том, что «противники» приходили к соглашению: провести еще один, решающий опыт. И так было несколько раз, пока, наконец, не появилась статья Э. Ферми и его сотрудников, в которой сообщалось о существо вании резонансного поглощения нейтронов».
Ядерные исследования велись одновременно в ряде стран. Каждый новый шаг одних ученых воодушевлял других. Идею итальянца Э. Ферми развивал француз Ф. Жолио-Кюри, а его предположение уточняли немцы О. Ган и Ф. Штрасман. Иногда одно и то же открытие рождалось в разных лабораториях.
Статья Ферми и его сотрудников вызвала, конечно, досаду у советских экспериментаторов, «выпустивших» из рук крупнейшее открытие. Но она же говорила и о другом: о том, что советские ядерщики стоят на верном пути, правильно оценивают происходящие на их глазах события и ни в чем не отстают от самых передовых лабораторий мира, штурмующих в одном строю с ними атомное ядро.
Работы И. В. Курчатова, выполненные совместно с Л. А. Арцимовичем и другими нашими учеными, не только подтверждали открытие Ферми, но и помогли доказать ошибочность некоторых выводов. Считалось, что вещества, жадно поглощающие нейтроны, должны сильно рассеивать их. И. В. Курчатов на примере серебра показал, что эффективное сечение рассеяния медленных нейтронов по крайней мере в двадцать раз меньше сечения захвата. Был обнаружен и другой важнейший факт. Коэффициент поглощения нейтронов при измерениях получается наибольшим, когда в качестве индикатора и поглотителя берется одно и то же вещество. Этот любопытный опыт также подтвердил так называемую селективность поглощения нейтронов.
В том же 1935 году И. В. Курчатов и Л. И. Арцимович открыли захват нейтрона протоном и определили первое значение сечения захвата. Эта работа сыграла важную роль для построения теории строения ядра дейтерия.
Подробно изучал Игорь Васильевич рассеяние нейтронов различными веществами, измерял сечения рассеяния. И в этих работах участвовали представители трех институтов – радиевого и двух физико-технических (Ленинградского и Украинского).
В отчетах об исследовании Игорем Васильевичем сечений захвата и рассеяния нейтронов фигурируют такие вещества, как кадмий, вода, свинец. Какое же давнее знакомство у. него с этими веществами, которые буквально незаменимы для нынешней атомной техники!
Очень симптоматично в связи с этим звучат разделы одной из работ И. В. Курчатова:

«1. Ослабление пучка нейтронов при прохождении через слои воды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31