Однако и тут немецкие ученые ошибались – американцы уже не нуждались ни в тяжелой воде, ни в уране. Их беспокоило другое: они боялись, что эти запасы попадут в руки французов, и прежде всего профессора Жолио-Кюри, которые, по данным разведки, тоже вел подобные исследования. И американцы не хотели сюрпризов…
Началось же все, пожалуй, еще в 1930-е годы, когда в Париже Фредерик Жолио и Ирен Кюри попытались получить искусственные радиоактивные изотопы урана, обстреливая его альфа-частицами (ядрами гелия).
В 1934 году итальянский физик Энрико Ферми, проводя подобный эксперимент, заменяет альфа-частицы нейтронами. Незадолго до этого он открывает замедление нейтронов в веществе. По результатам экспериментов Ферми приходит к выводу о существовании ряда «трансурановых элементов».
Тогда же о его работе узнала физик из Вены Лиза Майтнер. В двух статьях, опубликованные журналами «Nuovo Cimento» и «Nature», сообщалось об опытах, проведенных в Риме. Она тут же обратилась к своему давнему знакомому, немецкому химику Отто Гану. Она предложила тоже заняться исследованиями этих странных «трансурановых элементов», которые якобы открыл Ферми.
В то время Ган работал в Институте химии имени императора Вильгельма, располагавшемся в Далеме – одном из районов Берлина. Его помощником был молодой химик Фриц Штрассман, знаток неорганической химии, отличный аналитик и радиохимик.
Исследования длились четыре года. Майтнер, Штрассман и Ган подтвердили результаты работы Ферми и открыли сразу четыре новых элемента, временно названных ими «эка-рений» (теперь это – нептуний), «эка-осмий» (плутоний), «эка-иридий» и «эка-платина». В периодической системе Менделеева эти элементы расположились прямо под клеточками, куда были вписаны рений, осмий, иридий и платина. Казалось, что свойства их должны напоминать свойства перечисленных нами элементов. Однако выявились и разительные противоречия. Ученые пока не придавали этому особого значения, надеясь, что вскоре все разъяснится.
В 1938 году в Париже Ирен Кюри и Павле Савич [1], также следуя по стопам Ферми и обстреливая уран (порядковый номер 92) нейтронами, открыли новое радиоактивное вещество. Период его полураспада равнялся трем с половиной часам. Сперва они решили, что имеют дело с изотопом тория (порядковый номер 90). И даже подготовили теоретическое объяснение: ядро урана захватывает нейтрон, становится нестабильным и излучает альфу-частицу, превращаясь в торий. Смущало лишь одно. До сих пор никому не удавалось открыть эмиссию альфа-частицы из ядра урана.
В те дни в лаборатории Отто Гана шли бурные споры. Ученых раздражал успех их парижских коллег. Самое обидное, что Майтнер еще в 1934 году предлагала получать торий именно таким способом. Опыт проводил Штрассман. Он подверг облучению раствор урана, но затем никаких следов тория не нашел. Майтнер теперь упрекала его: он небрежно провел опыт, был невнимателен, ошибся, а вот парижане добились успеха. Штрассман от обвинений отбивался. Возможно, Кюри действовала каким-то другим путем. Ведь в сообщении ничего не говорится о порядке проведения эксперимента.
Решено было повторить опыт. Этим вновь занялся Штрассман, словно стараясь загладить вину. И вот, через неделю, он уже с уверенностью сказал Майтнер, что французы никак не могли обнаружить торий в растворе урана. Тут что-то не так.
Институт Отто Гана немедленно опубликовал результаты опытов. Сам Отто Ган вместе с Лизой Майтнер написал письмо французским коллегам, в котором, изложив собственные выводы, дипломатично вопрошал, не допустила ли Ирен Кюри какую-то ошибку, фатально исказившую общий итог. Теперь в замешательстве пребывали парижане. Отто Ган уже более тридцати лет занимался радиохимией и считался в этой области непререкаемым авторитетом. Кюри не сочла нужным ответить на это письмо. Зато в скором времени появилась статья, в которой она признавала, что открытое ею вещество вовсе не является торием. По ее мнению, был найден новый трансурановый элемент, напоминавший своими свойствами лантан, один из редкоземельных элементов. Но где, в каком месте таблицы, прикажете поместить эту «новинку»? Проблема казалась неразрешимой и для физиков, и для химиков.
Итак, новое вещество исподволь прокралось во владения Института Отто Гана, то бишь «назвалось трансурановым элементом». Следовало повнимательнее изучить этого незваного пришельца.
Осенью 1938 года Ирен Кюри, наконец, описала схему своего эксперимента. Теперь его можно было повторить. Правда, берлинская группа понесла к тому времени тяжелую утрату. Австрийский паспорт более не защищал Лизу Майтнер от ревнителей расовой чистоты, ибо такого государства, как Австрия, более не существовало. Майтнер пришлось уехать в Швецию.
Ее недавний оппонент Штрассман, перечитав статью Кюри, предположил, что французы, не так хорошо владевшие методами радиохимии, возможно, ошибаются, думая, что открыли новый элемент. На самом деле, в облученном ими растворе появились «два различных, уже известных нам вещества».
Выслушав это, Ган рассмеялся – столь странным показался ему вывод, – но потом добавил, что в этом что-то есть. Целую неделю в лаборатории проводились эксперименты. В облученном урановом растворе обнаружились следы сразу трех новых веществ – изотопов радия и актиния, возникших вследствие распада урана.
В конце 1938 года Ган и Штрассман опубликовали результаты своей работы. Многие их коллеги не согласились с их выводами. Неужели при распаде урана появляется радий? Для этого ядро урана должно исторгнуть две альфа-частицы, а ведь его обстреливали низкоэнергетичными нейтронами! Вскоре профессор Ган побывал в Копенгагене в гостях у Нильса Бора и познакомил его со своей теорией. Маститый ученый сказал, что, по его мнению, уран не может исторгать две альфа-частицы подряд, это «неестественно». Результатом подобных опытов могут быть лишь «трансураны». Лиза Майтнер прислала письмо из Стокгольма, предупреждая своего старого друга, что он делает ошибку.
Несмотря на глумление и насмешки, Ган и Штрассман решились продолжить работу. Штрассман предложил изящную схему: попробуем выделить искомое «радиоактивное вещество» из уранового раствора с помощью хлорида бария. Во время эксперимента хлорид выпадает в виде идеальных кристаллов, которые не содержат никаких следов многочисленных трансурановых элементов, также возникающих в растворе. Зато в нем присутствует крохотное количество незнакомых изотопов. Их фиксируют счетчики Гейгера.
Источником нейтронов служил один грамм радия, смешанного с бериллием; нейтроны замедлялись с помощью парафиновых блоков (в распоряжении зарубежных ученых уже имелись циклотроны, что гораздо эффективнее).
Эксперимент был трудным. Несколько сот атомов нового радиоактивного вещества затерялись среди огромного количества кристаллов хлорида бария. Чтобы исследовать эти изотопы («неужели это все-таки радий?»), пришлось отделять их от бария. Для этого ученые в который уже раз прибегли к тому же методу дробной кристаллизации, что когда-то использовала Мария Склодовская-Кюри. Ган и Штрассман были совершенно уверены в нем.
