Когда в Физическом институте Римского университета в середине 1934 года молодой Ферми начал бомбардировать уран нейтронами, он, конечно, исходил только из существования [238]U. Если бы, как полагал Ферми, удалось внедрить в ядро еще один нейтрон, то по уравнению
[238]U + n [239]U
образовался бы радиоактивный изотоп с массовым числом 239 и -- в случае его дальнейшего бета-распада -- элемент с зарядом ядра 93:
[239]U [239]X + e
Такого вещества на Земле еще не было! Перспектива открытия этого элемента воодушевляла. Она означала проникновение в неизвестную область материи, до тех пор полностью сокрытую от человеческих представлений. Сходное чувство должно было в прежние времена охватывать кругосветных мореплавателей, когда они пускались в экспедиции для открытия новых стран и континентов и обнаружения их богатств.
Воодушевлению итальянцев не было границ, когда с первым же опытом пришла удача: облученный уран оказался сильно радиоактивным и, как предполагалось, испускал бета-лучи. Исследования показали, что продукты радиоактивного распада не идентичны с соседними элементами урана. Такое обнаружение можно было провести очень изящно. При химическом анализе требовалось только добавить соединение предполагаемого элемента, скажем, соли тория. После обычной химической переработки и разделения активность неизвестного продукта превращения либо обнаруживалась снова в ториевой фракции -- и тогда это был изотоп тория,-- либо ее не было. В последнем случае разъяснения могли дать дальнейшие химические опыты с добавлением других элементов или их соединений. Такие химические идентификации часто и с большой точностью проводили в то время Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман.
При повторении своих опытов Ферми не нашел никаких указаний на то, что из урана, облученного нейтронами, образовались какие-либо изотопы известных соседних элементов, такие, как протактиний, торий, актиний, радий. Исходя из этого, новый вид радиоактивных атомов должен был принадлежать элементам, находящимся по другую сторону урана -- трансуранам! По мнению Ферми, особенно правомерным было приписать образовавшийся радиоактивный осадок с периодом полураспада 13 мин новому, 93-му, элементу. Несмотря на это, Ферми дал очень осторожное название своему отчету, опубликованному в журнале "Нейчур" 16 июня 1934 года: "Возможное получение элементов с атомным номером, превышающим 92". Поэтому, когда итальянская печать начала во все горло кричать о доказанном получении 93-го элемента и громогласно причислила эти успехи к "победам фашистов в области культуры", это не могло не задеть Ферми и его коллег.
Итальянские физики открыли в своих работах поразительный эффект: радиоактивность, индуцированная нейтронами, вдруг усиливалась во много раз, если нейтроны предварительно пропускали через слой парафина. Парафин является смесью углеводородов. На своем пути через кусок парафина нейтроны встречали большое число атомов водорода той же массы. В результате столкновений нейтроны передавали атомам водорода часть энергии, отклонялись от прямолинейного пути и приобретали зигзагообразную траекторию. Передавая часть энергии, они тормозились. Таким образом, нейтроны покидали парафин со значительно меньшими скоростями, чем входили него. Такие замедленные, или тепловые, нейтроны вызывают превращения атомов с гораздо большей вероятностью, чем быстрые, которые часто проскакивают мимо цели.
Ферми размышлял далее... С помощью этого метода можно будет в ближайшем будущем искусственно получать новые радиоактивные элементы. Быть может, даже в таких количествах, что они смогли бы заменить естественные радиоактивные вещества, которые все больше дорожают. Открытие приобретало коммерческое направление, что заставило Ферми и его сотрудников 26 октября 1934 года подать заявку на патент по искусственному изготовлению радиоактивных веществ из других элементов путем бомбардировки замедленными нейтронами. Что же, еще один алхимический патент? Едва ли. Мысль о том, чтобы получать когда-либо атомную энергию при помощи таких искусственных превращений элементов, не приходила тогда Ферми. И все же сделанное открытие означало существенный шаг в этом направлении.
Вокруг открытия 93-го элемента грозил опять возникнуть спор о приоритете. Ибо в июле 1934 года чешский инженер Коблик сообщил что он выделил этот элемент из урановой смолки Иоахимсталя и уже определил его относительную атомную массу: 240. В честь своей родины Кублик назвал его богемий. Это известие было распространено газетами по всему свету.
Открытие элемента 93, заявленное с двух сторон, было, конечно, сенсацией. Однако Ида Ноддак не разделяла всеобщего воодушевления. Это было ясно хотя бы из ее доклада "О современных методах предсказания химических элементов", который она сделала 14 сентября 1934 года в Ленинграде по случаю столетия Д. И. Менделеева. Вместе с другими выдающимися учеными, среди которых был Отто Хан, она приехала на Международный Менделеевский съезд по приглашению Академии наук СССР.
С небольшими изменениями доклад Иды Ноддак привел журнал "Ангевандте хеми" 15 сентября 1934 года под заголовком: "О 93-м элементе". Госпожа Ноддак сохранила критическую точку зрения на такие "открытия". Она сообщила, что богемий является не чем иным, как смесью соединений ванадия и вольфрама. Не может быть и речи о новом элементе. К тому же в августе 1934 года "Хемикер цейтунг" поместила заявление: "Инженер Одолен Коблик, председатель правления государственной урановой и радиевой фабрики в Иоахимстале, Чехословакия, подавший заявку на открытие нового элемента, богемия, сообщает нам, что он оказался жертвой ошибки. При повторном испытании обнаружено, что исследованные препараты содержали значительные количества вольфрама, своеобразное поведение которого при анализе наводило на мысль о существовании нового элемента. Как ни досаден этот факт, следует учесть чистосердечность, с которой инж. Коблик сообщает всем о своей нелепой ошибке".
Воинствующая ученая оказалась права. Доказательства Ферми также не были убедительными; по мнению Иды Ноддак, было бы ошибочным делать заключение о существовании элемента 93 только на том основании, что не были обнаружены в качестве возможных продуктов элементы, соседние с ураном. Конечно, в уже известных ядерных превращениях всякий раз возникали изотопы либо того же, либо соседнего элемента. Однако это не всегда может быть так. Можно с тем же успехом принять,-- делала Ноддак логичный вывод,-- что при таких, ранее не известных, разрушениях ядра -- с помощью нейтронов -- могут в значительной мере происходить другие ядерные реакции, не те, которые... наблюдались до сих пор. Думается, что при обстреле тяжелых ядер нейтронами эти ядра развалятся на несколько больших частей, которые как раз могут быть изотопами известных элементов, но не соседних с облученными".
Рассуждения Иды Ноддак должны были бы, как искра в стоге сена, перенестись к физикам-атомщикам. Однако "ученые мужи" остались равнодушными. "То, что не может быть, физически не должно быть", и никто не давал на это своего благословения, как и на смелое предположение Иды Ноддак, высказанное в 1934 году, согласно которому ядро урана могло самым настоящим образом распасться. Спрошенный позднее Отто Хан довольно мрачно заявил, что он в то время даже не рисковал цитировать гипотезу Ноддак, казавшуюся абсурдной, ибо опасался за свою репутацию ученого.
Открытия элементов идут полным ходом
Бывший сотрудник Отто Хана, радиохимик А. фон Гроссе, считал, что трансураны Ферми вовсе не новые элементы, а на самом деле изотопы 91-го элемента -- протактиния. Тут заговорило честолюбие первооткрывателей протактиния. Отто Хан и Лиза Мейтнер хотели сами установить, кто же прав -Ферми или Гроссе.
То не был протактиний. Исследователям из Берлин-Далема не составило труда установить это. Если Хан и Мейтнер думали тем самым прояснить проблему трансуранов, то они, безусловно, ошибались. Результаты экспериментов были на редкость запутанными. Вещество, с трудом выделенное после облучения урана нейтронами, подвергавшееся многократному отделению, оказалось сложным, состоящим из нескольких радиоактивных изотопов. Это необычайно затруднило необходимую идентификацию новых трансуранов: ведь не только уран, но и торий под действием нейтронов может превращаться по нескольким направлениям.
Из первой работы "к проблеме урана" от декабря 1934 года постепенно вырастали все новые. К концу 1938 года, после четырехлетнего исследования, 14 публикаций свидетельствовали о работоспособности Хана, Мейтнер и Штрасмана. "Почти трагический результат",-- так позднее оценил их Отто Хан.
К известным рядам естественной радиоактивности прибавились гипотетические ряды превращений урана, облученного нейтронами. Их приходилось постоянно изменять. Оказалось необычайно сложным систематизировать эти схемы распада, чтобы объяснить возникновение элементов 93, 94, 95, 96, 97, называемых также экарением, экаосмием, экаиридием, экаплатиной, эказолотом. В том, что им удалось обнаружить трансураны от 93 до 97, у немецких ученых, судя по их публикациям и докладам, никаких сомнений не было. О работах Отто Хана по изучению "природных и искусственных радиоактивных элементов последнего ряда периодической системы" сообщил 10 декабря 1935 года "Генераль анцейгер" во Франкфурте-на-Майне под заголовком "Новые элементы ... полученные искусственно!":
