"Философский камень"

Мысль о возможности превращения одного элемента в другой занимала умы алхимиков на протяжении многих столетий, но их мечту нельзя было осуществить химическим путем. Их поиски "философского камня" оказались безуспешными, поскольку такое превращение возможно лишь при ядерных реакциях. На приведенной фотографии запечатлен процесс искусственного превращения азота в кислород под действием пучка альфа-частиц.

Впервые возможность искусственного деления ядер была продемонстрирована в опытах Эрнеста Резерфорда, проведенных в Манчестерском университете в конце первой мировой войны. Источник альфа-частиц помещался внутри камеры, заполненной азотом, у одной из стенок которой находился люминесцентный экран. Длина камеры была подобрана такой, чтобы альфа- частицы могли прореагировать с молекулами азота, не достигнув экрана. Однако Резерфорд наблюдал на экране сцинтилляции, которые можно было отнести только за счет вторичной эмиссии частиц - осколков расщепленных атомов азота. Резерфорд предположил, что эти осколки - ядра водорода (которые он назвал протонами).

"Мы должны заключить, - писал Резерфорд, - что атом азота расщепляется под действием мощных сил, возникающих при столкновении его с быстрой альфа- частицей, и что высвобождающийся атом водорода представляет собой составную часть ядра азота... Результаты в целом указывают, что если бы в эксперименте удалось использовать альфа-частицы (или другие аналогичные частицы) более высоких энергий, то можно было бы ожидать расщепления ядерной структуры многих легких атомов". Резерфорд и другие ученые продолжали подобные эксперименты, пока Патрик Блэкетт не дал им окончательное толкование на основании фотографий, полученных в камере Вильсона.

Из 400 тыс. треков, замеченных на 23 тыс. фотографиях, которые Блэкетт отснял к 1925 г., только восемь указывали на предполагаемое расщепление, но четыре из них пришлось отбросить по техническим причинам. Затем Блэкетт усовершенствовал свою установку, автоматизировав камеру Вильсона и добавив второй фотоаппарат, что позволяло делать одновременно два снимка в перпендикулярных направлениях. Опыты были повторены с аргон-кислород-водородными и азот- кислород-водородными смесями. Еще четыре распада были найдены среди 1,1 млн. треков, зафиксированных на 18 тыс. снимках - на этот раз великолепного качества.

Приведенная здесь классическая фотография была получена в опыте, где радиоактивный источник, содержащий свинец, висмут и полоний, был помещен в камеру, наполненную смесью газов: 50% азота, 45% водорода и 5% кислорода. Изображение, напоминающее старый растрепанный веник, состоит из длинных (8,6 см) и коротких (4,8 см) треков - соответственно длине пролета альфа-частиц. Основной деталью фотографии является косой трек, направленный влево вниз (вверху), - след протона, выбитого из ядра атома азота альфа-частицей; ядро отдачи (теперь это ядро кислорода) перемещается на небольшое расстояние вправо вверх.

Пользуясь современной терминологией, эту реакцию можно описать как захват ядра гелия (4Не) ядром азота (14N), который превращается при этом в короткоживущий изотоп фтора (18F), мгновенно распадающийся (с высвобождением энергии) на кислород (17О) и протон (1Н). Ценность этой фотографии особенно высока из-за того, что на ней почти полностью виден трек протона, - без преувеличения можно сказать, что вероятность наблюдения такого трека не превышает одной миллионной.

Примерно 1930 г. Кавендишская лаборатория, Кембридж П. Блэкетт и Д. Лис. Камера Вильсона с ториевым источником; автоматические фотоаппараты, расположенные под прямым углом друг к другу Музей науки, Лондон [32-34, 247]