100 великих нобелевских лауреатов

ИРЕН ЖОЛИО-КЮРИ

(1897—1956)

ФРЕДЕРИК ЖОЛИО-КЮРИ

(1900—1958)

Супругам Жолио-Кюри принадлежит большая заслуга в исследовании строения атома, особенно атомного ядра. Они сделали одно из величайших открытий двадцатого столетия – искусственной радиоактивности.

Ирен Кюри, дочь великих ученых Марии и Пьера Кюри, родилась 12 сентября 1897 года в Париже. Вначале девочка училась в частной школе, но впоследствии мать нашла лучший способ обучения и воспитания дочери. Вместе с несколькими друзьями, профессорами различных научных дисциплин, она организовала коллективное обучение детей. Математику преподавал выдающийся ученый П. Ланжевен, а химию вел будущий Нобелевский лауреат Ж. Перрен.

Проучившись два года в замечательной кооперативной школе, Ирен поступила в коллеж Севинье. В результате она легко выдержала вступительные экзамены и в семнадцать лет стала студенткой Сорбонны.

Во время Первой мировой войны, продолжая учебу, Ирен одновременно помогала матери в организации радиологической службы. Для этого она прошла обучение на курсах по обслуживанию медицинских радиологических установок и подготовки медицинских сестер.

Она была и водителем, и рентген-техником, и лаборантом, и сестрой милосердия. Одновременно девушка продолжала учиться в Сорбонне, которую закончила в 1920 году. После окончания учебы Ирен стала работать ассистентом Марии Кюри в Институте радия. Мать и дочь делили радости и трудности в работе, предпринимали совместные путешествия, выступали на международных конгрессах.

В 1925 году Ирен защитила докторскую диссертацию на тему «Исследование испускания X-лучей полонием». Во время работы в Институте радия она познакомилась с Фредериком Жолио, который в то время также был ассистентом Марии Кюри.

Жан Фредерик Жолио родился 19 марта 1900 года в Париже, в многодетной семье процветающего торговца железом. Он был младшим из шести братьев и сестер. В 1908 году мальчика отдали учиться на полный пансион в лицей Лаканаль. Незадолго до его окончания Фредерика призвали на военную службу. Лишь завершение войны спасло его от направления на поле боя.

После окончания гимназии для лучшей подготовки к поступлению в «Ecole de physique» в Париже Фредерик Жолио занялся естественными научными дисциплинами в Институте имени А. Лавуазье.

Поступив в «Ecole de physique», Фредерик занимается физикой под руководством знаменитого ученого П. Ланжевена. В 1923 году он получает диплом инженера и решает сначала пройти инженерную практику на сталелитейных заводах Арбеда в Эш-сюр-Альзетт. Тут его снова призывают в армию.

Наконец в 1925 году Фредерик поступил на работу в Институт радия в качестве препаратора к Марии Склодовской-Кюри.

Первые работы, проведенные Фредериком, посвящены исследованию электрических свойств тонких металлических пленок. Не только Кюри поражена остротой инженерной мысли молодого препаратора. Так, знаменитый английский физик Томсон взял на вооружение разработанный Фредериком метод приготовления тонких пленок золота и в одной из своих статей выразил ему благодарность.

В Институте радия Жолио познакомился с Ирен Кюри. 4 октября 1926 года в мэрии четвертого округа Парижа был зарегистрирован их брак. Ирен и Фредерик отныне стали работать вместе по совершенствованию методов получения сильных радиоактивных препаратов.

Всего за свою научную карьеру Фредерик опубликовал около ста двадцати научных работ. Из них более половины были выполнены вместе с Ирен.

В 1930 году Фредерик был удостоен докторской степени за исследование электрохимических свойств полония. Он занимался в то время совершенствованием камеры Вильсона и сконструировал несколько ее разновидностей. Камеру эту супруги использовали для измерений свойств нейтронного излучения.

Работая под руководством Марии Кюри, Ирен и Фредерик стали со временем выдающимися учеными. В период с 1927 по 1932 год они получили большое количество полония, исследовали свойства так называемых лучей Боте и Беккера и провели большую работу, в значительной мере подготовившую в 1932 году открытие нейтрона Дж. Чедвиком. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри получили фотографии (1932), которые впервые показали превращение гамма-лучей в электроны и позитроны.

Их выступление в 1933 году на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе вызвало оживленную дискуссию. Особенно большой интерес к результатам работы супругов Жолио-Кюри проявили Н. Бор и В. Паули. Радость большого научного успеха молодых ученых еще успела разделить с ними Мария Кюри. В 1934 году Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность.

О том, как это произошло, подробно рассказали в своей книге К. Манолов и В. Тютюнник:

«Супруги Жолио-Кюри установили, что после бомбардировки альфа-частицами некоторые легкие элементы – магний, бор, алюминий – испускают позитроны. Ученые попытались установить механизм этого испускания, которое отличалось по своему характеру от всех известных в то время случаев ядерных превращений. Они поместили источник альфа-частиц (препарат полония) на расстоянии 1 мм от алюминиевой фольги и подвергали ее облучению в течение примерно 10 минут. Поместив затем эту фольгу над счетчиком Гейгера—Мюллера, они заметили, что фольга испускает излучение, интенсивность которого падает во времени по экспоненциальной зависимости с периодом полураспада 3 минуты 15 секунд. В экспериментах с бором и магнием периоды полураспада составили 14 и 2,5 минут соответственно.

При проведении опытов с водородом, литием, углеродом, бериллием, азотом, кислородом, фтором, натрием, кальцием, никелем и серебром таких явлений не обнаруживалось. Но даже эти отрицательные результаты позволили супругам Жолио-Кюри сделать вывод о том, что излучение, вызванное бомбардировкой атомов алюминия, магния и бора, нельзя объяснить наличием какой-либо примеси в полониевом препарате. Анализ излучения бора и алюминия в камере Вильсона показал, что оно представляет собой поток позитронов. Стало ясно, что ученые имеют дело с новым явлением, существенно отличавшимся от всех известных случаев ядерных превращений. Известные до того времени ядерные реакции носили взрывной характер, тогда как испускание «положительных электронов» некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению альфа-лучами полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника альфа-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса.

Супруги Жолио-Кюри пришли к выводу, что здесь речь идет о самой настоящей радиоактивности, проявляющейся в испускании позитрона.

Нужны были новые доказательства, и прежде всего требовалось выделить соответствующий радиоактивный изотоп. Опираясь на исследования Резерфорда и Кокрофта, супругам удалось установить, что происходит с атомами алюминия при бомбардировке их альфа-частицами полония. Сначала альфа-частицы захватываются ядром атома алюминия, положительный заряд которого возрастает на две единицы, вследствие чего оно превращается в ядро радиоактивного атома фосфора, названного учеными «радиофосфором». Этот процесс сопровождается испусканием одного нейтрона, вот почему масса полученного изотопа возрастает не на четыре, а на три единицы и становится равной 30. Устойчивый изотоп фосфора имеет массу 31. «Радиофосфор» с зарядом 15 и массой 30 распадается с периодом полураспада 3 минуты 15 секунд, излучая один позитрон и превращаясь в устойчивый изотоп кремния.

Единственным и неоспоримым доказательством того, что алюминий превращается в фосфор и потом в кремний с зарядом 14 и массой 30, могло быть только выделение этих элементов и их идентификация с помощью характерных для них качественных химических реакций. Для любого химика, работающего с устойчивыми соединениями, это было простой задачей, но у Ирен и Фредерика положение было совершенно иным: полученные ими атомы фосфора существовали чуть больше трех минут. Химики располагают множеством методов обнаружения этого элемента, но все они требуют длительных определений. Поэтому мнение химиков было единодушным: идентифицировать фосфор за такое короткое время невозможно.

Однако супруги Жолио-Кюри не признавали слова «невозможно». И хотя эта «неразрешимая» задача требовала непосильного труда, напряжения, виртуозной ловкости и бесконечного терпения, она была решена. Несмотря на чрезвычайно малый выход продуктов ядерных превращений и совершенно ничтожную массу вещества, претерпевшего превращение, лишь несколько миллионов атомов, удалось установить химические свойства полученного радиоактивного фосфора.

О своих исследованиях Ирен сразу же сообщила матери. Выделенный в лаборатории Марии Склодовской-Кюри полоний внес весомый вклад в новое выдающееся открытие.

Обнаружение искусственной радиоактивности сразу было оценено как одно из крупнейших открытий века. До этого радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-нибудь изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, получив новые радиоактивные изотопы. Ученые предвидели большое теоретическое значение этого открытия и возможности его практических приложений в области биологии и медицины».

За эту работу супруги Жолио-Кюри были удостоены в 1935 году Нобелевской премии по химии. Ирен уже однажды присутствовала на церемонии вручения этой престижнейшей научной награды. Член Шведской королевской академии наук К.В. Пальмайер, представляя лауреатов, напомнил Ирен о том счастливом дне, когда она разделила в Стокгольме радость своей матери. «В сотрудничестве с вашим мужем вы достойно продолжаете ее блестящую традицию», – сказал Пальмайер.

В нобелевской лекции Фредерик, в частности, сказал: «Не следует считать, будто несколько сотен атомов, образующих нашу планету, были созданы все одновременно и будут существовать вечно».

После открытия искусственной радиоактивности Ирен Жолио-Кюри перестала заниматься экспериментальной работой, так как она за время долголетних исследований получила слишком большую дозу облучения. У нее появилось немного больше времени для воспитания детей – дочери Элен и сына Пьера. Помимо выполнения вместе с мужем многочисленных научных работ Ирен Жолио-Кюри с 1932 года руководила Институтом радия, а с 1934 года стала профессором в Сорбонне. Вместе с сербским химиком Павле Савичем в 1938 году Ирен открыла один из продуктов деления урана – лантан.

В 1936 году Ирен назначили товарищем министра народного просвещения. В этой должности она курировала все научно-исследовательские работы, которые проводились во Франции.

Фредерик же занял кафедру на факультете точных наук Парижского университета, а также кафедру ядерной химии в «Коллеж де Франс» в 1937 году. Здесь он организовал лабораторию ядерной химии, где исследовал процессы, протекающие в уране под влиянием действия нейтронов. В результате он обнаружил возможность получения очень больших энергий при ядерных реакциях.

В 1939 году Фредерик начинает работы по сооружению ядерного реактора на тяжелой воде, который запатентовал совместно с Ж. Перреном. Из Бельгии было получено 9 тонн оксида урана, из Норвегии – весь мировой запас тяжелой воды – 185 килограммов. Однако в мае 1940 года оккупация Франции фашистами прервала эти работы.

Во время гитлеровской оккупации супруги остались в Париже. Фредерик при полной поддержке жены работал в комитете интеллектуалов-антифашистов, переправил ядерные препараты, научное оборудование и документацию своего института в Англию. Во время фашистской оккупации Франции он укрыл Ланжевена от гестаповцев в надежном месте. В 1941 году Фредерик Жолио-Кюри был среди основателей Национального фронта освобождения Франции. В 1942 году он вступил в Коммунистическую партию Франции, активно поддерживал партизан. В 1944 году, когда гестапо вышло на след Фредерика, он ушел в подполье, а Ирен вместе с детьми бежала в нейтральную Швейцарию.

В послевоенные годы Ирен Жолио-Кюри возглавила кафедру общей физики и радиоактивности в Парижском университете, совмещая этот пост с директорством в Институте радия.

В 1946 году Фредерик Жолио-Кюри был назначен руководителем Комиссариата по атомной энергии Франции. Ирен в 1946—1951 годах помогала мужу в создании и пуске французского атомного реактора «Зоэ». Она принимала также участие в создании Центрального института ядерной физики в Орси.

В 1949 году супруги Жолио-Кюри одними из первых подписали обращение о необходимости созыва Всемирного Совета Мира. Ирен вошла в состав Всемирного Совета Мира, возглавляемого супругом, и принимала участие в многочисленных конференциях и конгрессах сторонников мира.

Эта антивоенная деятельность не понравилась французскому правительству. В 1951 году Ирен было запрещено участвовать в разработке атомного реактора, а годом раньше Фредерик Жолио-Кюри был смещен с поста верховного комиссара по атомной энергии. Однако оба ученых продолжили свои исследования, направленные на благо человечества, и остались верны своим политическим убеждениям.

В пятидесятые годы здоровье Ирен Жолио-Кюри стало резко ухудшаться. Она умерла 17 марта 1956 года от острой лейкемии.

После смерти жены Фредерик взял на себя руководство кафедрой ядерной физики в Парижском университете.

В 1958 году Фредерик Жолио-Кюри заболел вирусным гепатитом и 14 августа скончался. В его память назван один из лунных кратеров.

Ф. Жолио-Кюри писал: «Чисто научные знания приносят мир в наши души и вместе с тем твердую веру в будущее человечества, изгоняя пережитки и страх перед невидимыми силами. Они дают нам веру в светлое завтра, и помимо этого научные знания представляют основной элемент единства мышления всех людей, рассеянных на поверхности нашей планеты».

ОТТО ГАН

(1879—1968)

«Настоящее воздействие ядерной физики на человеческую жизнь, – сказал в 1962 году М. Борн, – началось в 1938 году, когда в Германии Отто Ган и Фриц Штрассман открыли, что из ядер можно не только выбить отдельные протоны или другие малые частицы, что было уже известно, но и разложить ядерное образование на две примерно одинаковые по величине части».

Лиза Мейтнер отмечала у своего многолетнего ученого-партнера следующие качества: «Радостное желание экспериментировать, острую наблюдательность и дар интуитивно правильно объяснять экспериментальные наблюдения».

Отто Ган родился 8 марта 1879 года во Франкфурте-на-Майне, в семье стекольщика. Мальчик рано увлекся естественнонаучными экспериментами. Его первой лабораторией стала прачечная родительского дома. Затем Отто обучался в Клингерском реальном училище.

Отец мечтал видеть сына архитектором, и Отто поступил по окончании училища в Технический университет на архитектурный факультет. Однако сказалось его увлечение химией и Ган перешел сначала в Марбургский, а через два семестра отправился на один год в Мюнхенский университет, избрав специальностью физическую и неорганическую химию. После возвращения в Марбургский университет Отто работал в лаборатории химика-органика Т. Цинке. Свое образование он ограничил в основном узкой областью, мало интересуясь смежными дисциплинами. «Если бы я мог предугадать мое дальнейшее развитие, – писал он в автобиографии, – то таким дисциплинам, как физика и математика, я уделял бы гораздо больше времени».

В 1901 году он получает докторскую степень. Диссертация Гана относилась к области органической химии. Затем последовал год воинской службы в 81-м пехотном полку.

С осени 1902 года Отто работает ассистентом у Т. Цинке. Ассистентская деятельность у известного химика в течение одного-двух лет была самым лучшим трамплином для желанной профессиональной деятельности в химической промышленности. Несмотря на то что он не был, по его словам, «искусным экспериментатором», эксперименты, которые он подготавливал, на лекциях «проходили вполне удачно», и профессор Цинке был им доволен.

По окончании двухлетней ассистентской работы у Гана появился шанс занять хорошее место на одном из химических заводов. Но требовалось знание английского языка, и для его усовершенствования осенью 1904 года он отправился на несколько месяцев в Англию. Чтобы он мог продолжать образование и по специальности, Цинке дал ему рекомендательное письмо к известному химику сэру У. Рамзаю, профессору Лондонского университета.

Здесь Ган впервые начал исследования, связанные с радиоактивностью. Проводя эксперименты по выделению чистого радия из руды карбоната бария, он получил в 1905 году новый радиоактивный элемент – радиоторий.

По просьбе Гана Рамзай рекомендовал его Э. Резерфорду, работавшему в то время в Монреальском университете в Канаде.

«Для пополнения моих очень скудных знаний по радиоактивности, – писал он в воспоминаниях, – я поехал в Канаду к профессору Резерфорду, к лучшему наставнику в этой новой области. Все здесь было настолько ново, что открытия делать было нетрудно. Три еще недостаточно исследованных ряда радиоактивного распада могли быть заполнены после нахождения следующих активных «элементов»».

Под руководством Резерфорда молодой ученый в 1906 году открыл актиний. Вернувшись в том же году в Берлин, Ган продолжил работы по радиоактивности в Химическом институте университета. Здесь на месте бывшей столярки, служившей ученому лабораторией в течение шести лет, в 1906 – начале 1907 года ему удалось открыть новое вещество – мезоторий.

Тогда же состоялась встреча Гана с Лизой Мейтнер, физиком-экспериментатором, и началась их тридцатилетняя совместная деятельность. Доли участия ученых в исследованиях были примерно одинаковыми. В соответствии со своим образованием Мейтнер разрабатывала больше физическую, а Ган – химическую стороны общих проблем. Поэтому такое сотрудничество было особенно удачным.

«Наряду с моими чисто химическими работами, – говорил позднее Ган, – мы приступили теперь с физиком Лизой Мейтнер к исследованиям лучей радиоактивных веществ, прежде всего так называемых бета– и гамма-лучей. От моей органической химии больше ничего не осталось, завершилась трансмутация органика в исследователя атома».

Через два года они экспериментально доказали явление радиоактивной отдачи. Для дальнейшего развития атомной физики радиоактивная отдача имела особое значение, прежде всего для открытия нейтронов и искусственной радиоактивности.

В конце 1912 года был торжественно открыт институт в Берлин-Далеме. Ган, возглавлявший отделение радиоактивности, получил на первом этаже лишь химическую лабораторию. Это, впрочем, не помешало эффективной деятельности ученого.

Во время Первой мировой войны Ган, как «вице-фельдфебель», был призван на военную службу. По ходатайству известного ученого-химика Ф. Габера его прикомандировали к специальному отделению, что дало ему возможность часто бывать в Берлине по служебным делам, а значит, и снова участвовать в исследованиях.

Совместные исследования с Мейтнер актиния, начатые еще в 1913 году, привели в 1917 году к открытию нового химического элемента, протактиния – единственного радиоактивного вещества в периодической системе, кроме радия, которое можно добывать граммами.

В 1925 году Ган в одной из публичных лекций в Берлинской академии наук предложил рассмотреть вопрос об использовании радиоактивности для исследования истории Земли. Исследуя канадскую слюду, содержащую рубидий, ученый пришел к выводу о возможности нового метода определения возраста земных пород, который имел множество преимуществ. Предложенный им новый метод оказался эффективным и при определении возраста каменных метеоритов.

В 1928 году Гана назначили директором Института химии. Одновременно он продолжал преподавать в университете, хотя его преподавательская деятельность и отходила на задний план в сравнении с исследовательской.

После прихода к власти в 1933 году Гитлера Мейтнер как лицо неарийского происхождения потеряла право преподавания. Ган и Планк пытались, обратившись в министерство, воспрепятствовать осуществлению предполагаемых мер против нее. Но ничего не помогло, ситуация становилась все опаснее, и в июле 1938 года Мейтнер покинула Германию.

В том же году, развивая работы французских ученых И. и Ф. Жолио-Кюри, Ган и его ученик Ф. Штрассман открыли явление деления ядер урана при бомбардировке их медленными нейтронами, т е. впервые расщепили атомное ядро.

«Заинтригованный казавшимися невероятными результатами французских ученых, Ган решил немедленно проверить их на урановых и ториевых препаратах, – рассказывается в книге К. Манолова и В. Тютюнника «Биография атома». – При облучении соединений урана нейтронами Ган и Штрассман установили, что в продуктах содержится ничтожно малое количество радия. Это можно было доказать, используя испытанный и многократно проверенный на практике метод соосаждения. Урановый препарат растворяли в воде и к раствору добавляли хлорид бария, затем серную кислоту, которая связывала ионы бария в нерастворимый осадок сульфата бария. Радий, образовавшийся при распаде урана, осаждался в виде нерастворимого сульфата вместе с сульфатом бария. Этот осадок можно было легко отделить от раствора, содержащего уран, и после промывания измерить его активность.

Сколько раз они обрабатывали урановые, ториевые и актиниевые реактивы, выделяя из них радиоактивное вещество соосаждением с сульфатом бария. Никто ни разу не усомнился, что это радий. А ведь как просто было проверить! Ган и Штрассман применили к облученному нейтронами препарату урана метод фракционного обогащения. Согласно их прежним исследованиям, в этом препарате образовывалось бета-активное вещество, которое они называли радием-IV. В этот раз его пришлось тщательно переосаждать дополнительно добавленным хлоридом бария, который должен был выполнять роль носителя. К их неописуемому удивлению, обогащения осадка не наблюдалось. Радиоактивность оставалась одинаковой во всех фракциях.

Когда истекло время облучения, ученые начали обработку пробы. Ган добавил к раствору торий-икс и бромид бария в качестве носителя, а Штрассман приступил к фракционному осаждению. Уже две первые фракции показали, что кристаллы бромида бария содержат изотоп радия – торий-икс. Другой радиоактивный изотоп – радий-IV – был распределен во всех фракциях.