Плечи гигантов

Плечи гигантов

Если мне дано видеть далее других, то это потому, что я стоял на плечах гигантов.

И. Ньютон

Профессор был высок, сухощав и широк в плечах. Серые глаза смотрели весело, временами насмешливо.

- ...Все факторы внешней среды внесли свой вклад в происхождение живого.- Профессор круто повернулся к слушателям. - О некоторых мы кое-что знаем. О значении других - почти ничего. Я уверен - ионизирующая радиация стоит у истоков, у колыбели жизни. Это она дала толчок стоящему маятнику. Это тот выстрел в мишень в тире, который заставил ее завертеться. Миллионы лет Земля молчала. Радиация - солнечная, космическая, земная - вдохнула в нее жизнь...

На другой кафедре другой профессор, пожилой и грузный мужчина, говорил медленно, слова казались тяжелыми, как свинцовые грузила, и прерывались продолжительными паузами.

- Вы видели, конечно, цветущий июльский луг? И бабочек, порхающих над цветами?

Пауза. Профессор нахохлился, как большой рыжий филин.

- Бабочки порхают и садятся на те цветы, которые им нравятся. Так вот. Наука - не цветущий луг, а ученые - не мотыльки.

Опять пауза.

- Хотя некоторые и порхают. Нельзя перелетать с одного яркого цветка на другой. Сегодня интересным кажется одно, завтра - другое. Есть и цветы-однодневки и бабочки-однодневки. Я утверждаю, существует только несколько проверенных временем наук: математика, биология, химия, медицина. Хотя биология только хочет стать наукой, а медицине еще далеко и до этого. Биохимия, биофизика, радиобиология. Это все скорее мода.

К счастью, профессора иногда ошибаются. С тех пор прошло больше двадцати лет, жизнь целого поколения. И биохимия, и биофизика, и радиобиология давно признанные науки. И сама постановка вопроса, можно ли назвать эти направления естествознания наукой, сегодня кажется невероятной.

Но правомочен вопрос: как рождается новое научное направление, новая наука, почему так бурно начинают развиваться новые отрасли знаний на стыке, на перекрестке старых, маститых наук?

Попробуем ответить.

Налитые дождем облака, казалось, цепляются за черепичные крыши старого немецкого городка. Поздняя осень 1895 года. Над лабораторным столом склонился человек. Он мучительно, в который раз всматривается в экран, помещенный перед трубкой, генерирующей катодные лучи. Трубка закрыта плотной черной бумагой. Она непроницаема для всех известных в то время лучей. Человек снимает очки, подходит к окну и устало закрывает глаза. "Не может быть, чтобы показалось. Не может быть!" Энергично поворачивается к экрану. "Но нет. Это факт. Видно слабое свечение экрана. Таинственные лучи проходят через плотную черную бумагу!"

Так Вильгельм Конрад Рентген увидел хо, чего не видели до него многие исследователи.

За короткое время Рентген публикует три работы: "О новом роде лучей", "Новый род лучей", "Дальнейшие наблюдения над свойствами - Х-лучей".

Рентгеновские лучи открыты!

Вскоре Конрад обнаруживает и ряд характерных признаков лучей: их способность вызывать ионизацию воздуха, почернение фотобумаги и свечение в видимой области спектра у некоторых веществ, если предварительно они были освещены Х-лучами. Обнаружена зависимость поглощения от плотности самого вещества.

Сегодня каждый школьник знает, что рентгеновские лучи - это поток нейтральных частиц-фонтонов, обладающих энергией от 100 электрон-вольт до 100 мегаэлектронвольт и выше. Но сто лет назад открытие Рентгена произвело сенсацию в ученом мире. Эта работа была настолько совершенной, что в течение почти семи лет не появилось исследования, которое внесло бы что-либо существенное в представление о природе рентгеновских лучей.

Семьдесят лет назад средства связи и информации были, конечно, намного несовершеннее, чем сейчас. Однако в России переводы работ Рентгена появились уже в 1896 году. О них узнают в Москве, Киеве, Казани.

Крупное открытие дает начало цепной реакции научного мышления - научному взрыву мысли. И вскоре мир узнает еще об одном выдающемся исследовании.

Бывают семьи потомственных художников, бывают потомственные артисты, охотники, рабочие... Французский ученый Анри Антуан Беккерель был потомственным физиком. Физиками были его отец и его дед. Анри Антуану было 43 года, когда из Германии пришло сенсационное сообщение - Конрад Рентген обнаружил таинственные Х-лучи.

В первых катодных трубках, которые в то время использовали для изучения рентгеновских лучей, не было металлического антикатода. Поток электронов из раскаленного катода ударялся в противоположную стеклянную стенку трубки, генерировал рентгеновское излучение и вызывал сильную люминесценцию стекла. Поэтому предполагали, что люминесценция всегда должна сопровождаться испусканием Х-лучей. Многие ученые безрезультатно пытались обнаружить рентгеновское излучение, исходя из этого ошибочного мнения. Беккерель также пытался связать эти два явления.

Он брал соли урана, освещал их солнечным светом, потом клал на фотографическую пластинку, плотно завернутую в светонепроницаемую черную бумагу. Затем пластинку проявлял и пытался обнаружить на ней темное пятно, вызванное рентгеновскими лучами. Темное пятно ученый находил. Но к действию солнечных лучей на соли урана оно, как оказалось, не имело отношения.

Трудно заметить что-то новое в явлении, которое видели тысячи искушенных глаз экспериментаторов.

Беккерелю помог случай, глубокий ум и талант. Говорят, в этот памятный день была пасмурная погода. Беккерель решил не ждать яркого солнца и проявить фотопластинку, на которую он накануне положил кусочек соли радия. Эта соль не освещалась солнечным светом, необходимым для возбуждения флуоресценции ожидаемых Х-лучей. Вот пластинка проявлена. И пораженный ученый видит на ней фотоотпечаток кусочка урана! Какие-то новые неизвестные лучи засветили фотоэмульсию пластинки.

Беккерель повторяет опыт. И каждый раз соли урана засвечивают фотопластинку, завернутую в плотную, светонепроницаемую, черную бумагу.

Так Беккерель обнаружил самопроизвольное излучение урана, обладающего еще более проникающей способностью, чем лучи Рентгена. Он называет их урановыми лучами. Они проходят через газы, ионизируют их и делают проводниками электричества. Излучение урана самопроизвольно, постоянно, не зависит от температуры и освещения.

Исследование этого удивительного явления было в дальнейшем проведено супругами Пьером и Марией Кюри.

Исследование радиоактивности было проведено супругами Пьером и Марией Кюри

Идет 1897 год. Позже один из биографов Марии Кюри скажет: "Мадам Кюри собралась на свидание со славой".

Ей тридцать лет. Хрупкая женщина с задумчивым взглядом и негромким голосом. Она любящая мать и жена. В ее домашнем дневнике записано: "У Ирены прорезался седьмой зуб", "новый рецепт приготовления желе из крыжовника"...

Но только очень немногие знают, чем постоянно заняты ее мысли, какая невиданная сосредоточенность заставляет молодую исследовательницу думать об одном и том же.

...Если уран излучает - значит, тратится энергия. Тогда откуда она берется? Какова ее физическая природа? Эта способность к излучению характерна только для урана или ее можно обнаружить и у других химических элементов?..

Исследовательница проверяет один химический элемент за другим. Предположения правильны. Соединения тория тоже излучают лучи. Опыты повторяются снова и снова. Но что такое?

Радиоактивность образцов значительно превышает теоретически ожидаемые количества урана или тория, которые могут в них содержаться.

"Ошибка, какая-то методическая неточность",- огорченно шепчет исследовательница.

Снова следуют десятки опытов, а результат один и тот же.

Тогда Мария Кюри делает смелое предположение: радиоактивность принадлежит новому, неизвестному элементу.

"В минералах с окисью урана,- писала Мария Кюри в апреле 1898 года,- вероятно, содержится новый химический элемент, обладающий высокой радиоактивностью".

В работу жены включается Пьер Кюри.

В июле супруги Кюри обнаружили новый радиоактивный элемент. "Мы предлагаем назвать его полонием,- писала Мария Кюри,- по имени страны, откуда происходит один из нас".

Современная химическая лаборатория - сооружение дорогое. Современная физическая лаборатория не по карману многим маленьким государствам. А выдающееся открытие радия было сделано в старом сарае на улице Ломон в Париже. У этого строения было одно большое преимущество - на него никто не претендовал.

Мария Кюри как-то призналась: "...В этом дрянном старом сарае протекли лучшие и счастливейшие годы нашей жизни, всецело посвященные работе".

Для того чтобы выделить новый таинственный элемент, супруги Кюри работали в этой доморощенной лаборатории четыре года.

Радий предсказан, но не открыт. Нет атомного веса. Мария и Пьер напряженно работают: необходимо выделить элемент в чистом виде.

И вот наконец счастливейший день: на полках засветились голубоватым светом стеклянные колбы с растворами солей радия. Как голубые луны, мерцают они в темноте сарая.

В 1902 году Кюри заявляет, что им удалось выделить чистый радий и установить его атомный вес, равный 225. Радиоактивность открыта!

Однако Беккерель и Пьер Кюри сделали еще одно важное открытие, на которое сначала мало кто обратил внимание.

Однажды Анри Беккерель должен был прочитать лекцию. Он спешит: ему предстоит столько дел! Машинально он кладет ампулу с солями радия в карман жилета. И снова забывает о ней. Но ампула с радием напоминает о себе.

Напротив того места, где она лежала, на теле возникает ожог, кожа краснеет, появляется язва. Она с трудом поддается лечению. Через несколько месяцев на коже образуется грубый рубёц.

А в это самое время в другой лаборатории другой ученый уже сознательно задает себе вопрос: если лучи радии проникают сквозь твердые предметы, то как они действуют на живую ткань? Десять часов держит он руку перед ампулой с солями радия.

На руке тяжелый ожог, язва, рубец. Имя этого ученого - Пьер Кюри.

Так впервые было открыто биологическое действие ионизирующей радиации.

Рентгеновские лучи и природная радиоактивность обнаружены - "предмет" найден.

Но как заставить рентгеновские лучи служить людям? Придется работать и ждать. Открытие сделано, но открытие еще не наука. Для ее рождения нужен "социальный заказ", требование практики. И этот "заказ" скоро поступит.

...Начинается первая мировая война. Она пришла в реве артиллерийских орудий, в копоти пожарищ, в реках человеческой крови, с сотнями тысяч убитых и калек.

Мария Кюри не может остаться в стороне от событий. Ранеными забиты госпитали и больницы. Как им помочь?

В это время во Франции было очень мало рентгеновских аппаратов, да и те принадлежали частным лицам. А рентгеновские аппараты были очень нужны. С их помощью можно определить, где у раненого засела пуля или осколок.

Мария Кюри находит собственное решение проблемы - создает первый в мире передвижной рентгеновский аппарат - радиологический автомобиль. Солдаты ласково зовут его "кюричкой".

На обычном грузовике монтируется рентгеновский аппарат, электроэнергию дает динамо, динамо приводится в действие работающим мотором автомобиля. Передвижная лаборатория начинает объезжать госпиталь за госпиталем, больницу за больницей. Мария Кюри сама делает снимки.

Кюри принимает участие в оборудовании двадцати передвижных рентгеновских установок, организует двести стационарных рентгеновских кабинетов.

Но и этого ей кажется мало. Она организует курсы по подготовке лаборантов-радиологов. В течение двух лет курсы выпускают сто пятьдесят специалистов.

Физик-теоретик готовит кадры для будущей науки, имя которой - радиобиология.

Ионизирующая радиация начинает приносить практическую пользу. Открытие следует за открытием. Но искусственная радиоактивность - еще "вещь в себе". Она ждет своих исследователей. И они скоро придут.

Какое счастье бежать по футбольному полю за тугим футбольным мячом, когда солнце над головой, а воздух свеж и упруг, когда трибуны ревут от восторга. Когда тебе семнадцать лет!

Долговязый, худой, счастливый парень - лучший футболист лицея - гонит мяч по футбольному полю во французском городе Амьене. Идет международный матч с английскими коллегами.

Первый в мире передвижной рентгеновский аппарат на грузовике солдаты называли 'кюричкой'

И кто бы мог угадать в этом парне будущего гениального физика Фредерика Жолио - внука французского коммунара, которому суждено будет вписать одну из наиболее значительных страниц в летопись науки о радиоактивности?

Прошло несколько лет. И однажды, когда над набережной вечерней Сены поднимался туман, а огни Парижа качались на речной ряби, Фредерик Жолио сказал Ирен Кюри, дочери Марии Кюри, о своей любви.

Впоследствии Бернал, видный ученый и общественный деятель, писал, что совместная жизнь и совместная работа Фредерика и Ирен - поучительный пример научного сотрудничества равных дарований и очень различных темпераментов, великолепно дополняющих друг друга.

Блистательная пора научной деятельности супругов Фредерика и Ирен Жолио-Кюри началась.

Молодые ученые бомбардируют альфа-частицами атомы алюминия. Альфа-частицы представляют собой поток положительно заряженных ядер гелия, построенных из двух протонов и двух нейтронов. Ядро алюминия состоит из 27 элементарных частиц. При бомбардировке альфа-частицами к ядру алюминия дополнительно присоединяются нейтроны и протоны. В результате образуется новое ядро, состоящее уже из 31 частицы, среди которых 15 протонов! Но полученное новое соединение с таким числом частиц должно быть фосфором.

Новый метод исследования - еще один трудный шаг к научной вершине. Только один шаг. Но открываются новые бескрайние дали...

Фредерик и Ирен Жолио изучают ядерные реакции с помощью камеры Вильсона. Камера насыщена паром. Если заряженная частица пролетает через эту камеру, то по ее следу образуются капельки воды. Эти следы можно сфотографировать и уже после анализировать полученные фотоснимки. В магнитном поле заряженные частицы отклоняются в разные стороны. После бомбардировки алюминия новые частицы отклоняются в сторону, соответствующую позитронам - неустойчивым частицам с массой равной массе электрона, но с зарядом +1. Ученых поразил факт - позитроны вылетали из атомов алюминия и после бомбардировки альфа-частицами. А это означало: в результате альфа-бомбардировки образовалось новое радиоактивное вещество.

Выдающийся физик Фредерик Жолио-Кюри

В 1932 году Ирен и Фредерик устанавливают, что при бомбардировке альфа-частицами алюминия, натрия образуются изотопы, которых нет в природе. Бомбардируя алюминий, они получали радиофосфор, который превращался в стабильный изотоп кремния. Бор превращался в радиоазот, магний - в радиоизотоп кремния. Но радиофосфор как химический элемент практически неуловим - его получали ничтожно мало. Тогда Ирен и Фредерик использовали остроумный метод - метод "носителя". К исследуемому образцу добавляли обычный стабильный фосфор в количествах, которые можно взвешивать на обычных аналитических весах. В химическом отношении оба соединения неразличимы. Теперь уже можно было работать с весовыми, ощутимыми количествами фосфора. Еще несколько усилий. И наконец, радиофосфор химически отделен от алюминия. Возможность получения и выделения химическим путем радиоизотопов окончательно доказана.

Проходит еще несколько лет. Лавина открытий искусственных радиоактивных изотопов нарастает. Выдающийся итальянский физик Ферми и его сотрудники получают искусственные радиоизотопы всех известных химических элементов. В 1936 году обнаружили около сотни искусственных радиоизотопов, в 1940 году около двухсот, через 15 лет - около тысячи.

...В лаборатории Жолио-Кюри идет напряженная работа. Уран облучают нейтронами. Нейтроны представляют собой нейтральные частицы, имеющие массовое число, равное единице. По величине энергии нейтроны делятся на быстрые и медленные. Быстрые нейтроны обладают энергией более чем 0,5 мегаэлектронвольт. Медленные - энергией меньшей чем 10 килоэлектронвольт. Отсутствие заряда позволяет нейтронам легко проникать в недра атома и непосредственно взаимодействовать с ядром. Ирен вместе с югославским физиком Савичем находят, что в результате облучения урана нейтронами одним из продуктов является лантан. Это элемент из средней части таблицы Менделеева. Реакция идет с большим выделением энергии. Фредерик устанавливает, что при делении урана вылетает от одного до трех нейтронов. Эти вылетевшие нейтроны в свою очередь вызывают деление других ядер урана. Число реакций нарастает. Реакция становится цепной, при этом освобождается чудовищное количество энергии.

И опять открытия следуют за открытиями.

О. Ган, Ф. Штрассман и Л. Мейснер исследуют реакцию деления урана с помощью медленных нейтронов.

Ферми обнаруживает, что при бомбардировке медленными нейтронами ядер урана из него вылетает до трех быстрых нейтронов. Они, замедляясь, могут вызвать в свою очередь деление до трех ядер урана. Из каждого ядра в свою очередь вылетит до трех нейтронов. И так далее, и так далее. Ферми, независимо от других, открывает цепную реакцию при делении атомов урана. Через несколько лет он вместе с сотрудниками построит ядерный реактор, где в качестве ядерного горючего будет использован уран.

И в том же 1939 году Жолио-Кюри, Альбан, Коварский и Перрен получают патент на установку для получения атомной энергии.

Еще через три года в Чикагском университете в Америке запущен первый реактор.

Сумеют ли люди разумно использовать атомную энергию?

Этот вопрос начал волновать многих ученых. Но следует признать - до второй мировой войны, а точнее, до атомных бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки большинство людей удивительно мало знали об атомной науке.

В двух старых журналах, пожелтевших от времени, помещены две фотографии, их разделяют тридцать лет. В одном, наиболее старом, фотография древнего грузовика, на котором сооружена какая-то будка. Это "кюричка"-передвижная рентгеновская установка, сделанная по предложению Марии Кюри. Один из первых рентгеновских аппаратов - громоздкий и нескладный.

Рентгеновская установка, которая спасла сотни и сотни тысяч человеческих жизней, может быть эмблемой мирного использования атомной энергии.

На другой фотографии изображена бетонная стена дома, а на ней тень человека. Рядом стоит лестница. Подпись под фотографией гласит: "6 августа 1945 года тепловое излучение атомного взрыва в Хиросиме мгновенно испепелило человека, оставив на стене очертание его фигуры. Человек исчез. Лестница осталась". Эта фотография - тень сожженного атомной вспышкой человека - свидетельствует о смертельной опасности, которую таит в себе атомная энергия.

Прошло около тридцати лет с запуска первого атомного реактора. В конце 1969 года Международное агентство по использованию атомной энергии сообщило: общее число ядерных реакторов в мире достигло 479!

Первая атомная электростанция сооружается в Советском Союзе.

Первый ледокол с атомным двигателем носит имя "Ленин". Наша Родина становится государством с мощно развитой атомной промышленностью.

Мы живем в атомном веке. Но стремительное наступление этого века подготовлено не только такими гигантами науки, как Рентген, Беккерель, супруги Кюри, Фредерик Жолио-Кюри, Ферми, Ган...

Многочисленная армия ученых всех степеней и званий обеспечила успех этого наступления.

Блестящие успехи физики подготовили почву, на которой вырастало новое направление естествознания - наука радиобиология. Она призвана изучать закономерности действия ионизирующей радиации на живые организмы. И рассказать об этой науке - наша задача.