Цепная реакция идей

В своем докладе в Стокгольме в связи с получением Нобелевской премии по химии в 1935 году Ирен и Фредерик Жолио-Кюри уверенно предсказывали перспективы применения искусственных радиоактивных изотопов для лечения некоторых болезней, что позднее было подтверждено на практике. Они говорили также об использовании радиоактивных изотопов для точного определения мест скопления тех или иных химических элементов и соединений в организме человека, т.е. об их применении в целях диагностики. Не более чем через 20 лет после открытия искусственной радиоактивности применение искусственно получаемых на ускорителях и в ядерных реакторах самых различных радиоактивных изотопов стало одной из важнейших и массовых областей мирного применения атомной энергии. Для биологов и медиков радиоактивные изотопы открыли новые перспективы.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри с помощью разработанных ими методов получили большое количество бета-радиоактивных изотопов. Именно тогда они пришли к выводу, что природные радиоактивные элементы — радий, полоний, уран и другие — составляют теперь семью редких представителей радиоактивных элементов (с альфа-распадом), существовавших на Земле в большом количестве миллионы и миллиарды лет назад.

В 1935 году Фредерик Жолио-Кюри в своем Нобелевском докладе говорил: «Мы видим, что несколько сот различного рода атомов, составляющих нашу планету, не являются раз и навсегда созданными и существуют не вечные времена. Мы воспринимаем это именно так потому, что они существуют еще сейчас. Другие же, менее устойчивые атомы уже исчезли. Из этих последних некоторые, вероятно, будут вновь получены в лабораториях. До настоящего времени удалось получить лишь элементы с короткой продолжительностью жизни, от доли секунды до нескольких месяцев. Чтобы образовать достойные упоминания количества элемента со значительно большей продолжительностью жизни, необходимо располагать очень мощным источником излучений».

В то время ускоритель заряженных частиц имелся только в распоряжении Эрнеста Лоуренса в США. Однако дальнейшее развитие ускорительной техники за сравнительно короткий период времени достигло выдающихся успехов. Например, в Серпухове построен гигантский ускоритель на 70 миллиардов электрон-вольт; существуют проекты еще более крупных ускорителей на сотни и даже тысячу миллиардов электрон-вольт. Все это как раз и дает в руки исследователей тот «очень мощный источник излучений», о котором говорил Фредерик Жолио-Кюри.

Радиоактивный бета-распад открыл перед учеными новые возможности получить информацию о ядрах многих элементов периодической системы, у которых до этого были известны только стабильные изотопы. Стабильные изотопы не могли дать этой информации. Развитие работ по получению и идентификации новых радиоактивных изотопов потребовало создания принципиально новых методов экспериментальной физики, которые позволяют получать информацию о новом элементе, даже если он присутствует в количестве всего нескольких атомов. Мы уже видели, что искусственные радиоактивные изотопы успешно применялись для идентификации незначительных количеств трансурановых элементов.

Особо следует подчеркнуть выдающееся значение открытия искусственной радиоактивности для развития идей и методов, которые очень быстро привели к овладению атомной энергией и, в частности, к созданию высокоэффективного ядерного топлива. В Нобелевском докладе Фредерик Жолио-Кюри говорил: «Если, обратившись к прошлому, мы бросим взгляд на успехи, которые были достигнуты наукой во все убыстряющемся темпе, то мы вправе думать, что исследователи, конструируя или разрушая элементы по своему желанию, смогут осуществить ядерные превращения взрывного характера, настоящие химические цепные реакции». Дело в том, что в то время уже были известны цепные химические реакции, открытые академиком Н.Н. Семеновым, но, разумеется, не было цепных ядерных реакций: прилагательное «цепные» было добавлено к ядерным реакциям после открытия деления урана и теоретического расчета возможности выделения вторичных нейтронов. Говоря о ядерных реакциях взрывного характера, Жолио-Кюри, конечно, имели в виду не детонацию, а именно саморазвивающийся «цепной процесс» деления ядер. Именно так можно думать, исходя из последующих слов: «Если окажется, что такие превращения распространяются в веществе, то можно составить себе представления о том громадном освобождении энергии, которое будет иметь место».

Еще в начале века выдающийся английский химик Фредерик Содди, работавший вместе с Резерфордом в Мак-Гиллском университете Монреаля (Канада), выпустил небольшой труд под заглавием «Интерпретация радия». В нем Содди изложил свою гипотезу о существовании еще неизвестных изотопов химических элементов. Многие ученые того времени не приняли эту идею и называли ее фантастической. Но предвидения Содди произвели глубокое впечатление на английского писателя-фантаста Герберта Уэллса. На основе гипотезы Содди Уэллс в 1912 году написал фантастический роман «Освобожденный мир».

Герой романа ученый Холстен в 1933 году, т.е. через 20 лет после выхода в свет романа, открывает явление, подобное тому, которое было названо супругами Жолио-Кюри искусственной радиоактивностью. Любопытно, что предсказание Уэллса совпало с датой действительного открытия искусственной радиоактивности. Холстен произвел «атомную дезинтеграцию» мельчайшей частицы висмута (термин «дезинтеграция» заимствован у Содди). При этом частица висмута взорвалась, превратившись в газ с исключительно «сильной радиоактивностью», который распался в течение семи дней. В противоположность Жолио-Кюри Уэллс не выразил никаких предположений о возможностях мирного применения «атомной дезинтеграции» и весь роман построил на военном применении открытого Холстеном процесса. Уже тогда писатель высказал мысль о том, что среди искусственно созданных человеком радиоактивных изотопов некоторые будут обладать огромной взрывной силой. В романе Уэллса это вещество названо «каролиний», что несколько напоминает название «плутоний» — трансурановый элемент, примененный в атомных бомбах.

Осенью 1935 года Фредерик Жолио-Кюри решил приступить к некоторым экспериментам по применению бета-радиоактивных изотопов для биологических исследований и медицинской диагностики. Раньше он никогда не ставил таких опытов и вообще был далек от биологии и медицины. Можно напомнить, что многие замечательные открытия в физике побуждали их авторов использовать свои открытия в гуманных целях, в частности в медицине. Так было, например, с Вильгельмом Рентгеном, который, несмотря на то, что никогда не был связан с медициной, первый предложил использовать открытые им лучи для медицинских исследований. Мари Кюри создала целую область медицины, известную в ее время под названием кюри-терапии; она сделала первые, но весьма важные шаги в использовании радия для лечения рака.

Опыты Фредерика Жолио-Кюри в области биологии и медицины, как подтвердилось в дальнейшем, были чрезвычайно важными и плодотворными; они положили начало широчайшему применению радиоактивных изотопов для распознавания многих болезней и для лечения больных.

В наше время участие физиков в решении проблем биологии и медицины помогает продвижению вперед этих областей науки, когда-то казавшихся весьма далекими от физики и математики. Известно много случаев, когда крупные физики интересовались проблемами биологии (например Нильс Бор, И.Е. Тамм). Фредерик Жолио-Кюри был, пожалуй, первым известным физиком, непосредственно заинтересовавшимся проблемами медицинской диагностики с применением ядерной энергии. Теперь физики часто принимают участие в решении медицинских проблем как теоретических, так и практических.

Фредерик Жолио-Кюри написал несколько статей по вопросу практического применения искусственных радиоактивных изотопов. В одной из них, напечатанной в 1954 году под названием «Будущее ядерной физики во Франции», он высказал мысль о широком развитии радиоизотопных методов исследований в науке и технике и указывал на возможности конкретного использования изотопов в промышленности, например для просвечивания литья в целях обнаружения дефектов, для измерения толщины металлических изделий в процессе их производства, для устранения электростатического электричества, образующегося при изготовлении текстиля, для измерения расхода жидкостей, исследования механизма фотосинтеза и т.д. Он также подчеркивал возможность применения радиоактивных изотопов в энергетике.

Открытие искусственной радиоактивности Луи де Бройль с полным основанием назвал великим; история науки и техники, так же как и достижения сегодняшнего дня, подтвердили правильность этой оценки. На торжественном заседании Парижской академии наук в октябре 1959 года Луи де Бройль, один из двух самых выдающихся учеников Поля Ланжевена (вторым был Фредерик Жолио), сказал: «Оба они (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. — Ф.К.) стали физиками с мировой известностью. Однако им не хватало великого открытия, которое было бы их вкладом в науку. И они сняли его с древа своих трудов, как снимают созревший плод. Этим великим открытием были искусственные радиоактивные элементы».