Мечты алхимиков сбываются

Он установил, что это были ядра водорода, называемые также протонами. Откуда они могли появиться? Резерфорд был совершенно уверен, что в опытах он исключил даже следы водорода. После некоторого раздумья ученый нашел единственно возможное объяснение: атом водорода получился из ядра атома азота, "разрушенного" ударом альфа-частицы. Дальнейшие опыты подтвердили правильность такого предположения.

Англичанин Вильсон использовал конденсационную камеру так, что в ней пути ядер атомов и других заряженных частичек стали видимыми для человеческого глаза в виде следов конденсации. В тех случаях, когда происходили превращения ядер, в камере наблюдали не обычный путь частичек, а разветвленный. Сотрудник Резерфорда, Блэкетт, сделал фотографии следов ядер. Ему пришлось проявить 23 000 снимков, чтобы найти 8, на которых была видна такая "развилка". Это говорило о необычайно низкой вероятности столкновения или превращения. В обнаруженных восьми случаях шло превращение, наблюдавшееся Резерфордом, которое он ошибочно принял за "разрушение". На самом деле процесс протекал в соответствии с уравнением:

[14]N + [4]He = [17]O + p

Атом азота (N) с массовым числом 14 превращается с помощью альфа-частицы (ядра атома гелия) в атом кислорода (О) с массовым числом 17 (изотоп обычного кислорода) и протон (ядро атома водорода). Таким образом, впервые удалось искусственно превратить один элемент в другой, ибо обнаруженное ранее превращение радия или радона в гелий является процессом естественного радиоактивного распада.

Такая постановка вопроса была правомерной. Ведь меньше чем за двадцать лет после открытия радиоактивности удалось основательно пересмотреть установившуюся в науке догму об элементах и атомах, которые дальше не распадаются и не могут быть превращены друг в друга. Теперь было достаточно оснований для того, чтобы вновь восторжествовали приверженцы столь гонимой алхимии...

20 лет исследований явления радиоактивности привели к открытию большого числа радиоактивных элементов, которые можно было подразделить на три ряда естественного радиоактивного распада: ряд урана - радия, ряд урана - актиния и ряд тория. Со времени существования Земли начальные представители этих рядов превращались во множество радиоактивных изотопов. Среди них были изотопы нескольких новых элементов. Однако ни в одном из рядов последовательного радиоактивного распада золота нет.

Прошло несколько лет упорных исследований, пока было обнаружено, что соответствующие конечные продукты радиоактивных рядов, которые вначале называли радий G, актиний D и торий D, являются не чем иным, как свинцом. Однако был ли это тот же свинец, который получают из руды на предприятиях и применяют в промышленности и технике? Появившиеся сомнения рассеялись лишь тогда, когда определили его атомную массу, а затем, с помощью масс-спектрографических исследований, подтвердили, что речь идет о различных изотопах свинца:

радий G (свинец ряда урана) - свинец-206

актиний D (свинец ряда актиния) - свинец-207

торий D (свинец ряда тория) - свинец-208

Свинец естественного происхождения состоит, как и большинство элементов, из смеси нескольких изотопов. Всего только 20 химических элементов являются моноизотопными, как золото, для которого в природе существует только один устойчивый изотоп ([197]Au).

Естественный свинец состоит из устойчивых изотопов: 204 (1,4 %), 206 (26,3 %), 207 (20,8 %) и 208 (51,5 %)[57]. Поэтому относительная атомная масса свинца вычисляется из различных вкладов отдельных изотопов и в среднем дает значение 207,2. В результате непрерывных радиоактивных превращений содержание свинца на Земле постоянно увеличивается. Сейчас на нашей планете свинца больше, чем было в момент ее образования.

Начальный представитель ряда урана - природный изотоп [238]U - распадается с периодом полураспада около 4,5 миллиардов лет. Поэтом образуются, помимо других, элементы 88 (радий), 86 (радон-эманация радия), 84 (полоний) и, наконец, 82 (свинец).

Естественный распад урана, протекающий с постоянным выделением энергии, нельзя искусственно ускорить. Должно пройти более 60 миллионов лет, чтобы из 1 кг урана в конце концов образовалось 10 г свинца. Когда физики-атомщики попытались форсировать это превращение, чтобы высвободить, быть может, огромные количества энергии в кратчайшее время, они, как известно, потерпели неудачу.

Значительно позднее, после открытия рядов радиоактивного распада, стало ясно, что и не будучи алхимиком, надо признать существование естественного распада радиоактивных элементов. Поэтому в 1919 году известие о первом искусственном, рукой человека проведенном, превращении атома стало сенсацией. Что же все-таки в конце концов, права алхимия? Напомним, что при искусственном превращении элемента азота в элемент кислород Резерфорд выбил из ядра атома протон. В качестве снаряда он в свое время использовал тяжелые альфа-частицы.

Согласно атомной модели Резерфорда - Бора ядро атома состоит из определенного числа протонов, равного заряду ядра или порядковому номеру атома в периодической системе. Так, ядро атома свинца содержит 82 протона, ядро таллия-81, ядро ртути-80, ядро золота - 79.

Как известно, еще в 1913 году Содди предложил "рецепт" для получения золота с помощью ядерной физики: золото можно было бы "сделать" из соседних элементов отщеплением (либо присоединением) одной и более альфа- либо бета-частиц или протона.

Если исходить из превращения, осуществленного английским физиком

[14]N + [4]He = [17]O + p

из ртути должно получаться чистое золото, например, по уравнению: [196]Hg + [4]He = [197]Au + 3p

Мы ни в коем случае не возьмемся утверждать, что физики преследовали именно такую цель, когда настойчиво бомбардировали альфа-лучами элемент за элементом, желая повторить на других атомах ядерное превращение, наблюдавшееся для азота. Однако последователи алхимии утверждали, что в один прекрасный день очередь дойдет и до ртути, хоть она и занимает в периодической системе только 80-е место[58].