Читать книгу "Атомный проект. Жизнь за «железным занавесом» - Бруно Понтекорво"

Эти два аспекта, конечно, очень тесно связаны между собой. Некоторые макроскопические явления, в которых участвуют нейтрино, можно будет рассчитать только тогда, когда будут лучше известны некоторые фундаментальные свойства нейтрино как элементарной частицы.

Исследования нейтрино требуют усилий больших коллективов и очень много средств. Но проблема вызывает настолько большой интерес, что уже сейчас ей занимаются в разных лабораториях многих стран мира.

Открытие медленных нейтронов: некоторые воспоминания[20]

После окончания Римского университета я был оставлен ассистентом кафедры физики. Тема моих исследований была выбрана Ферми и Сегре. Это была работа по классической спектроскопии. В 1934 г. практически уже никто в Институте физики не занимался спектроскопией; весь коллектив лихорадочно исследовал радиоактивность, наведенную нейтронами, и на семинарах института царили «ядерные» доклады. Все эти обстоятельства привели к тому, что мое сердце было гораздо ближе к нейтронным исследованиям Ферми и сотрудников, чем к моей спектроскопической работе, которую я закончил летом 1934 г. Поэтому я был очень рад, когда по возвращении в Рим после каникул мне предложили помочь в нейтронных экспериментах.

Амальди и я должны были выполнить количественные измерения относительных активностей, наводимых нейтронами в разных веществах. Предыдущие аналогичные измерения Ферми и сотрудников носили только качественный характер. В то время (неизвестно почему) игнорировался эффект рассеяния и считалось, что действуют только первичные нейтроны; тогда наведенная в образце активность должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояния R от источника, если это расстояние гораздо больше размеров источника и образца; но при таких расстояниях в образце наводится ничтожная активность. Итак, наша задача состояла в выборе удобной геометрии опытов по облучению в сравнимых условиях разных элементов на малом расстоянии от нейтронного источника. Но оказалось, что даже в простом случае, когда измерялись активности только одного образца (стандартного серебряного цилиндра), было трудно получить воспроизводимость результатов.

Как стало ясно впоследствии, это было связано с влиянием рассеяния и замедления нейтронов окружающими предметами. Но вначале, исходя из неявно сформулированной догмы, что «нет других нейтронов, кроме первичных», мы не могли найти никакого объяснения нерегулярностям наводимой активации. Первым шагом к решению этой загадки стало измерение активности нашего стандартного цилиндра, когда он находился на расстоянии около 20 см от источника, причем цилиндр и источник помещались в домик из свинцовых кирпичей, который защищал экспериментаторов от излучения. Закон 1/R2 привел бы к ничтожно малой активности, что в отсутствие домика и было проверено особым экспериментом. Но в домике закон 1/R2 как будто не действовал. Активность в домике на расстоянии 20 см была вполне заметна. Мы с Амальди были совершенно уверены в реальности влияния свинца и назвали его эффектом «casteletto», что означает «эффект свинцового замка» (позднее стало ясно, что речь идет о неупругом рассеянии нейтронов на свинце). Интересна была реакция Ферми и Разетти. Разетти с его скептическим духом просто не поверил в наш результат. Ферми же сказал, что следует продолжать опыт, но как будто не проявил особого интереса. Как стало ясно позже, это было ложное впечатление.

Через несколько дней Ферми непосредственно включился в решение «свинцовой загадки». Он предложил измерить активность, наводимую в серебряном цилиндре, когда между ним и источником находится узкий свинцовый клин толщиной несколько сантиметров. Этот клин уже был готов, но… измерений с ним ни Ферми, ни другие не проводили. Не сказав никому ни слова, утром 22 октября 1934 г. Ферми решил измерить радиоактивность серебряного цилиндра, «пропуская» нейтроны от источника не через свинцовый, а через парафиновый клин тех же размеров, который он сам быстро изготовил. Результат был ясным: парафиновый «поглотитель» не уменьшал активности, а определенно (хотя и мало) увеличивал ее. Ферми вызвал всех нас и сказал: «Это происходит, вероятно, из-за водорода в парафине; если немного парафина дает заметный эффект, посмотрим, как будет действовать большое его количество». Опыт был сразу же выполнен сначала с парафином, а затем с водой. Результаты были потрясающими: активность серебра в сотни раз превысила ту, с которой мы имели дело ранее! Ферми прекратил шум и волнение сотрудников знаменитой фразой, которую, как говорят, он повторил через восемь лет при пуске первого реактора: «Пошли обедать».

Итак, был обнаружен эффект Ферми (замедление нейтронов), открывший новую главу ядерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня, — атомную технику.

Я столь подробно рассказал об открытии медленных нейтронов потому, что здесь очень существенными были как случайные обстоятельства, так и глубина и интуиция великого ума. Когда мы спросили Ферми, почему он поставил парафиновый, а не свинцовый клин, он улыбнулся и насмешливо произнес: «C. I. F.» (con intuito fenomenale). По-русски это звучало бы примерно как ПФИ (по феноменальной интуиции).

Было бы неправильно, если бы у читателя вследствие этой ПФИ-бравады создалось впечатление, что Ферми нескромен. Он был непосредственным, очень простым и скромным человеком, но он просто был уверен в своих силах. Кстати, когда после обеда в этот знаменитый день он возвратился в институт и с удивительной ясностью объяснил нам эффект парафина, введя понятие о замедлении нейтронов, то совершенно искренне сказал: «Как глупо, что мы открыли явление случайно и не сумели его предсказать». Ферми сразу же угадал, что нейтроны, теряя энергию в столкновениях с водородом, замедляются вплоть до энергии теплового движения и что как раз медленные нейтроны очень эффективно могут наводить радиоактивность в нашем детекторе. Однако со свойственной ему научной осторожностью он подчеркнул, что идея о «тепловых» нейтронах остается пока гипотезой и ее проверку можно осуществить только при помощи обнаружения влияния температуры парафина или прямого измерения скоростей нейтронов. Первая попытка наблюдения влияния температуры на наведенную активность, кстати, была сделана Ферми очень скоро, но опыт, состоявший в поисках различия активации детектора при холодном и горячем парафине, не дал положительного результата, и только через несколько месяцев Муну и Тиллману в Англии, а также Ферми и сотрудникам удалось наблюдать это явление.

Уже в тот же день, сразу после обеда, был выполнен ряд опытов, показавших, что эффект парафина (и воды) связан в основном с водородом, а не с другими элементами, и что он обусловлен нейтронами, а не γ-лучами от источника Rn + Be.

Кроме того, было найдено правило, согласно которому чувствительность к водородсодержащим веществам обнаруживают не все активности, а только те, которые соответствуют образованию радиоактивного изотопа бомбардируемого элемента. Это был очень важный результат, и связь реакции (n, γ) с эффектом водорода объяснила ряд странных результатов, которые наблюдались ранее.