Открытие ядерного деления

Теория ядерного деления, объясненная Мейтнер и Фришем с помощью цепной ядерной реакции, постулируемой Ханом и Штрассманом.

Деление ядра было открыто в декабре 1938 года химиками Отто Ханом и Фрицем Штрассманом и физиками Лизой Мейтнер и Отто Робертом Фришем . Деление — это ядерная реакция или процесс радиоактивного распада при котором ядро ​​атома , распадается на два или более меньших и более легких ядра и часто на другие частицы. Процесс деления часто производит гамма-лучи и выделяет очень большое количество энергии, даже по энергетическим стандартам радиоактивного распада. Ученые уже знали об альфа- и бета- распаде , но деление приобрело большое значение, поскольку открытие возможности цепной ядерной реакции привело к развитию ядерной энергетики и ядерного оружия . Хан был удостоен Нобелевской премии по химии 1944 года за открытие ядерного деления .

Хан и Штрассман из Химического института кайзера Вильгельма в Берлине бомбардировали уран медленными нейтронами и обнаружили, что барий образовался . Хан предположил, что произошел взрыв ядра, но он не был уверен в том, какова физическая основа полученных результатов. Они сообщили о своих выводах по почте Мейтнер в Швеции , которая несколькими месяцами ранее бежала из нацистской Германии . Мейтнер и ее племянник Фриш выдвинули теорию, а затем доказали, что ядро ​​урана раскололось, и опубликовали свои выводы в журнале Nature . Мейтнер подсчитала, что энергия, выделяемая при каждом распаде, составляла примерно 200 мегаэлектронвольт , и Фриш наблюдал это. По аналогии с делением биологических клеток он назвал этот процесс «делением».

Открытие произошло после сорока лет исследований природы и свойств радиоактивности и радиоактивных веществ. Открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году создало новый способ ядерной трансмутации . Энрико Ферми и его коллеги в Риме изучили результаты бомбардировки урана нейтронами, и Ферми пришел к выводу, что в его экспериментах были созданы новые элементы с 93 и 94 протонами, которые его группа назвала аузением и гесперием . Ферми получил Нобелевскую премию по физике 1938 года за «демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». Однако не всех убедил анализ результатов Ферми. Ида Ноддак предположила, что вместо создания нового, более тяжелого элемента 93, вполне возможно, что ядро ​​распалось на крупные фрагменты, а Аристид фон Гросс предположил, что то, что обнаружила группа Ферми, было изотопом протактиния .

Это побудило Хана и Мейтнер, первооткрывателей наиболее стабильного изотопа протактиния, провести четырехлетнее исследование этого процесса вместе со своим коллегой Штрассманом. После долгой упорной работы и множества открытий они определили, что наблюдаемое ими было делением, а новые элементы, обнаруженные Ферми, были продуктами деления . Их работа опрокинула давние убеждения в физике и проложила путь к открытию реальных элементов 93 ( нептуний ) и 94 ( плутоний ), к открытию деления других элементов и к определению роли урана . Изотоп 235 в изотопе урана. Нильс Бор и Джон Уиллер переработали модель капли жидкости, чтобы объяснить механизм деления.

Предыстория

Радиоактивность

В последние годы XIX века ученые часто экспериментировали с электронно-лучевой трубкой , которая к тому времени стала стандартным лабораторным оборудованием. Обычной практикой было направлять катодные лучи на различные вещества и смотреть, что происходит. У Вильгельма Рентгена был экран, покрытый бария платиноцианидом , который флуоресцировал под воздействием катодных лучей. 8 ноября 1895 года он заметил, что, хотя его электронно-лучевая трубка не была направлена ​​на экран, покрытый черным картоном, экран все равно светился. Вскоре он убедился, что открыл новый тип лучей, которые сегодня называются рентгеновскими . В следующем году Анри Беккерель экспериментировал с флуоресцентными солями урана и задавался вопросом, могут ли они также производить рентгеновские лучи. 1 марта 1896 года он обнаружил, что они действительно производят лучи, но другого типа, и даже когда соль урана хранилась в темном ящике, она все равно давала интенсивное изображение на рентгеновской пластинке, указывая на то, что лучи пришли изнутри и не требовал внешнего источника энергии.

Таблица Менделеева около 1930 года.

В отличие от открытия Рентгена, которое вызвало широкое любопытство как учёных, так и непрофессионалов из-за способности рентгеновских лучей делать видимыми кости человеческого тела, открытие Беккереля в то время не оказало большого влияния, и сам Беккерель вскоре перешёл к другие исследования. Мария Кюри проверила образцы всех элементов и минералов, которые смогла найти, на наличие признаков лучей Беккереля , а в апреле 1898 года обнаружила их также в тории . Она дала этому явлению название «радиоактивность». Вместе с Пьером Кюри и Гюставом Бемоном она начала исследовать уран , содержащую уран руду, которая оказалась более радиоактивной, чем содержащийся в ней уран. Это указывало на существование дополнительных радиоактивных элементов. Один из них был химически близок к висмуту , но сильно радиоактивен, и в июле 1898 года они опубликовали статью, в которой пришли к выводу, что это новый элемент, который они назвали « полоний ». Другой химически подобен барию, и в статье в декабре 1898 года они объявили об открытии второго до сих пор неизвестного элемента, который они назвали « радием ». Убедить научное сообщество было другим вопросом. Отделить радий от бария в руде оказалось очень сложно. Им потребовалось три года, чтобы произвести десятую часть грамма хлорида радия , и им так и не удалось выделить полоний.

В 1898 году Эрнест Резерфорд заметил, что торий выделяет радиоактивный газ. Исследуя излучение, он разделил излучение Беккереля на два типа, которые он назвал α (альфа) и β (бета) излучением. Впоследствии Поль Виллар открыл третий тип излучения Беккереля, который, следуя схеме Резерфорда, был назван « гамма-лучами », а Кюри отметил, что радий также образует радиоактивный газ. Идентификация газа по химическому составу оказалась разочаровывающей; Резерфорд и Фредерик Содди обнаружили, что он инертен, как аргон . Позже он стал известен как радон . Резерфорд идентифицировал бета-лучи как катодные лучи (электроны) и выдвинул гипотезу — а в 1909 году вместе с Томасом Ройдсом доказал — что альфа-частицы представляют собой ядра гелия . Наблюдая радиоактивный распад элементов, Резерфорд и Содди классифицировали радиоактивные продукты по характерным для них скоростям распада, введя понятие периода полураспада . В 1903 году Содди и Маргарет Тодд применили термин « изотоп » к атомам, которые были химически и спектроскопически идентичны, но имели разные периоды радиоактивного полураспада. Резерфорд предложил модель атома, в которой очень маленькое, плотное и положительно заряженное ядро ​​из протонов было окружено вращающимися вокруг него отрицательно заряженными электронами ( модель Резерфорда ). Нильс Бор усовершенствовал эту теорию в 1913 году, согласовав ее с квантовым поведением электронов ( модель Бора ).

Протактиний

Цепь распада актиния. Альфа-распад сдвигает два элемента вниз; бета-распад сдвигает один элемент вверх.

Содди и Казимир Фаянс независимо друг от друга заметили в 1913 году, что альфа-распад заставил атомы сместиться на два места вниз в периодической таблице , в то время как потеря двух бета-частиц вернула их в исходное положение. В результате реорганизации таблицы Менделеева радий был помещен в группу II, актиний в группу III, торий в группу IV и уран в группу VI. Это оставило разрыв между торием и ураном. Содди предсказал, что этот неизвестный элемент, который он назвал (в честь Дмитрия Менделеева ) «экатанталием», будет альфа-излучателем с химическими свойствами, подобными танталу (теперь известному как тантал ). Вскоре Фаянс и Освальд Гельмут Геринг обнаружили его как продукт распада бета-излучающего продукта тория. Согласно закону радиоактивного смещения Фаянса и Содди , это был изотоп недостающего элемента, который они назвали «бревиумом» из-за его короткого периода полураспада. Однако он был бета-излучателем и поэтому не мог быть материнским изотопом актиния. Это должен был быть другой изотоп.

Два учёных из Института кайзера Вильгельма (KWI) в Берлин-Далеме взялись за задачу найти недостающий изотоп. Отто Хан окончил Марбургский университет по специальности химик-органик, но работал научным сотрудником в Университетском колледже Лондона под руководством сэра Уильяма Рамзи и под руководством Резерфорда в Университете Макгилла , где изучал радиоактивные изотопы. В 1906 году он вернулся в Германию, где стал ассистентом Эмиля Фишера в Берлинском университете . В Макгилле он привык тесно сотрудничать с физиками, поэтому он объединился с Лизой Мейтнер , которая получила докторскую степень в Венском университете в 1906 году, а затем переехала в Берлин, чтобы изучать физику под руководством Макса Планка в Фридрих- Гилле. Университет Вильгельма . Мейтнер нашла Хана, который был ее ровесником, менее устрашающим, чем старших и более выдающихся коллег. Хан и Мейтнер переехали в недавно основанный Химический институт кайзера Вильгельма в 1913 году и к 1920 году стали руководителями там собственных лабораторий со своими студентами, исследовательскими программами и оборудованием. Новые лаборатории открыли новые возможности, поскольку старые были слишком загрязнены радиоактивными веществами, чтобы исследовать слаборадиоактивные вещества. Они разработали новую технику отделения группы тантала от настурана, которая, как они надеялись, ускорит выделение нового изотопа.

Отто Хан и Лиза Мейтнер в 1912 году.

Работа была прервана началом Первой мировой войны в 1914 году. Хана призвали в немецкую армию, а Мейтнер стала добровольцем -рентгенологом в госпиталях австрийской армии. Она вернулась в Институт кайзера Вильгельма в октябре 1916 года. Хан присоединился к новому газовому командному подразделению в имперской штаб-квартире в Берлине в декабре 1916 года после путешествий между западным и восточным фронтами, Берлином и Леверкузеном в период с лета 1914 года по конец 1916 года.

Большинство студентов, лаборантов и техников были призваны, поэтому Хан, находившийся в Берлине с января по сентябрь 1917 года, и Мейтнер пришлось все делать самой. К декабрю 1917 года ей удалось выделить вещество, а после дальнейшей работы удалось доказать, что это действительно был недостающий изотоп. Мейтнер представила свои выводы и выводы Хана для публикации в марте 1918 года в научной статье Physikalischen Zeitschrift под названием Die Muttersubstanz des Actiniums; ein neues radioaktives Элемент фон Лангера Лебенсдауера .

Хотя Фаянс и Геринг были первыми, кто открыл этот элемент, обычай требовал, чтобы элемент был представлен его самым долгоживущим и распространенным изотопом, и бревиум не казался подходящим. Фаянс согласился с тем, чтобы Мейтнер и Хан назвали элемент протактиний и присвоили ему химический символ Па. В июне 1918 года Содди и Джон Крэнстон объявили, что они извлекли образец изотопа, но, в отличие от Хана и Мейтнер, не смогли описать его характеристики. Они признали приоритет Хана и Мейтнер и согласились с названием. Связь с ураном оставалась загадкой, поскольку ни один из известных изотопов урана не распался на протактиний. Проблема оставалась неразгаданной до тех пор, пока в 1929 году не был открыт уран-235 .

За свое открытие Хан и Мейтнер были неоднократно номинированы на Нобелевскую премию по химии в 1920-х годах несколькими учеными, среди них Макс Планк, Генрих Гольдшмидт и сам Фаянс. В 1949 году Международный союз теоретической и прикладной химии ( ИЮПАК ) окончательно назвал новый элемент протактинием и подтвердил Хана и Мейтнер как первооткрывателей.

Трансмутация

Ирен Кюри и Фредерик Жолио в своей парижской лаборатории, 1935 год.

Патрик Блэкетт смог осуществить ядерную трансмутацию азота в кислород в 1925 году, используя альфа-частицы, направленные на азот. В современных обозначениях атомных ядер реакция выглядела так:

¹⁴
_7Н + ⁴
₂ Он → ¹⁷
₈ О + р

Это было первое наблюдение ядерной реакции , то есть реакции, в которой частицы одного распада используются для преобразования другого атомного ядра. Полностью искусственная ядерная реакция и ядерная трансмутация была достигнута в апреле 1932 года Эрнестом Уолтоном и Джоном Кокрофтом , которые использовали искусственно ускоренные протоны против лития , чтобы разбить это ядро ​​на две альфа-частицы. Этот подвиг был широко известен как «расщепление атома», но это не было ядерным делением ; поскольку это не было результатом инициирования внутреннего процесса радиоактивного распада . Всего за несколько недель до подвига Кокрофта и Уолтона другой ученый из Кавендишской лаборатории , Джеймс Чедвик , открыл нейтрон , используя гениальное устройство, изготовленное из сургуча , посредством реакции бериллия с альфа-частицами:

⁹
₄ Будь + ⁴
₂ Он → ¹²
₆ С + н

Ирен Кюри и Фредерик Жолио облучили алюминиевую фольгу альфа-частицами и обнаружили, что в результате образуется короткоживущий радиоактивный изотоп фосфора с периодом полураспада около трех минут:

²⁷
_13Ал + ⁴
₂ Он → ³⁰
₁₅ П +н

который затем распадается на стабильный изотоп кремния

³⁰
₁₅ П → ³⁰
₁₄ Си + е ⁺

Они отметили, что радиоактивность продолжалась и после того, как выбросы нейтронов прекратились. Они не только открыли новую форму радиоактивного распада в виде эмиссии позитронов , но и превратили один элемент в доселе неизвестный радиоактивный изотоп другого, тем самым вызвав радиоактивность там, где ее раньше не было. Радиохимия теперь уже не ограничивалась некоторыми тяжелыми элементами, а распространилась на всю таблицу Менделеева.

Чедвик отметил, что, будучи электрически нейтральными, нейтроны смогут проникать в ядро ​​легче, чем протоны или альфа-частицы. Энрико Ферми и его коллеги в Риме — Эдоардо Амальди , Оскар Д’Агостино , Франко Разетти и Эмилио Сегре — подхватили эту идею. Разетти посетил лабораторию Мейтнер в 1931 году и снова в 1932 году после открытия Чедвиком нейтрона. Мейтнер показала ему, как приготовить полоний-бериллиевый источник нейтронов. Вернувшись в Рим, Разетти построил счетчики Гейгера и камеру Вильсона по образцу Мейтнер. Первоначально Ферми намеревался использовать полоний в качестве источника альфа-частиц, как это сделали Чедвик и Кюри. Радон был более сильным источником альфа-частиц, чем полоний, но он также испускал бета- и гамма-лучи, которые наносили ущерб детекторному оборудованию в лаборатории. Но Разетти отправился на пасхальные каникулы, не подготовив полоний-бериллиевый источник, и Ферми понял, что, поскольку его интересуют продукты реакции, он может облучить свой образец в одной лаборатории и протестировать его в другой, расположенной дальше по коридору. Источник нейтронов было легко приготовить, смешав его с порошкообразным бериллием в герметичной капсуле. Более того, радон можно было легко получить; У Джулио Чезаре Трабакки было больше грамма радия, и он был рад снабдить Ферми радоном. Поскольку период полураспада составляет всего 3,82 дня, в противном случае он пропал бы только зря, и радий постоянно производил все больше.

Энрико Ферми и его исследовательская группа ( мальчики с Виа Панисперна ), около 1934 года. Слева направо: Оскар Д'Агостино , Эмилио Сегре , Эдоардо Амальди , Франко Разетти и Ферми.

Работая на конвейере, они начали с облучения воды, а затем продвинулись вверх по таблице Менделеева через литий, бериллий, бор и углерод , не вызывая при этом никакой радиоактивности. Когда они добрались до алюминия , а затем и до фтора , они добились первых успехов. В конечном итоге индуцированная радиоактивность была обнаружена в результате нейтронной бомбардировки 22 различных элементов. Мейтнер была одной из избранной группы физиков, которым Ферми отправлял предварительные копии своих статей, и она смогла сообщить, что проверила его выводы в отношении алюминия, кремния, фосфора, меди и цинка. Когда новый экземпляр La Ricerca Scientifica Нильса Бора прибыл в Институт теоретической физики при Копенгагенском университете , ее племянник Отто Фриш , как единственный там физик, умевший читать по-итальянски, оказался востребован коллегами, желавшими перевода. У римской группы не было образцов редкоземельных металлов , но в институте Бора у Джорджа де Хевеши был полный набор их оксидов, переданный ему компанией Auergesellschaft , поэтому де Хевеши и Хильде Леви проводили процесс вместе с ними.

Когда римская группа достигла урана, у них возникла проблема: радиоактивность природного урана была почти такой же высокой, как и радиоактивность их источника нейтронов. То, что они наблюдали, представляло собой сложную смесь периодов полураспада. Следуя закону смещения, они проверили наличие свинца , висмута, радия, актиния, тория и протактиния (пропуская элементы, химические свойства которых были неизвестны) и (правильно) не обнаружили никаких признаков ни одного из них. Ферми отметил, что нейтронное облучение вызывает три типа реакций: испускание альфа-частицы (n, α); эмиссия протонов (n, p); и гамма-излучение (n, γ). Новые изотопы неизменно распадались в результате бета-излучения, что заставляло элементы перемещаться вверх по периодической таблице.

Основываясь на периодической таблице того времени, Ферми полагал, что 93-й элемент — это экарений — элемент, находящийся ниже рения — с характеристиками, подобными марганцу и рению . Такой элемент был найден, и Ферми предварительно пришел к выводу, что в его экспериментах были созданы новые элементы с 93 и 94 протонами. которые он назвал аусениумом и геспериумом . Результаты были опубликованы в журнале Nature в июне 1934 года. Однако в этой статье Ферми предостерег, что «тщательный поиск таких тяжелых частиц еще не проводился, так как для их наблюдения требуется, чтобы активный продукт находился в виде очень тонкого слоя. Поэтому в настоящее время это кажется преждевременным». сформировать какую-либо определенную гипотезу о цепи распадов». Оглядываясь назад, можно сказать, что они действительно обнаружили неизвестный рениеподобный элемент, технеций , который находится между марганцем и рением в периодической таблице.

Лео Сцилард и Томас А. Чалмерс сообщили, что нейтроны, генерируемые гамма-лучами, действующими на бериллий, захватываются йодом - реакция, которую также заметил Ферми. Когда Мейтнер повторила свой эксперимент, она обнаружила, что нейтроны из гамма-бериллиевых источников захватываются тяжелыми элементами, такими как йод, серебро и золото, но не более легкими, такими как натрий, алюминий и кремний. Она пришла к выводу, что медленные нейтроны улавливаются с большей вероятностью, чем быстрые, о чем она сообщила журналу Naturwissenschaften в октябре 1934 года. Все думали, что необходимы энергичные нейтроны, как в случае с альфа-частицами и протонами, но это было необходимо для преодоления кулоновского барьера ; нейтрально заряженные нейтроны с большей вероятностью будут захвачены ядром, если они проведут больше времени вблизи него. Несколько дней спустя Ферми обсудил любопытство, которое заметила его группа: уран, казалось, реагировал по-разному в разных частях лаборатории; нейтронное облучение, проведенное на деревянном столе, вызвало большую радиоактивность, чем на мраморном столе в той же комнате. Ферми задумался об этом и попытался поместить кусок парафина между источником нейтронов и ураном. Это привело к резкому росту активности. Он предположил, что нейтроны замедлялись из-за столкновений с атомами водорода в парафине и древесине. Уход Д'Агостино означал, что у римской группы больше не было химика, а последующая потеря Разетти и Сегре сократила группу до Ферми и Амальди, которые отказались от исследований трансмутации, чтобы сосредоточиться на изучении физики медленных нейтронов.

Современной моделью ядра в 1934 году была модель жидкой капли, впервые предложенная Георгием Гамовым в 1930 году. Его простая и элегантная модель была усовершенствована и развита Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером , а после открытия нейтрона Вернером Гейзенбергом в 1935 году и Нильсом Бором в 1936 году, она полностью согласовалась с наблюдениями. В модели нуклоны удерживались вместе в минимально возможном объеме (сфере) сильным ядерным взаимодействием , которое было способно преодолеть более дальнодействующее кулоновское электрическое отталкивание между протонами. Модель продолжала использоваться для определенных приложений и в 21 веке, когда она привлекла внимание математиков, интересующихся ее свойствами. но в своей версии 1934 года она подтвердила то, что физики думали, что они уже знали: ядра статичны и вероятность того, что при столкновении отколется больше, чем альфа-частица, практически равна нулю.

Открытие

Возражения

Ферми получил Нобелевскую премию по физике 1938 года за «демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». Однако не всех убедил анализ результатов Ферми. В сентябре 1934 года Ида Ноддак предложила вместо создания нового, более тяжелого элемента 93:

С таким же успехом можно предположить, что, когда нейтроны используются для ядерного распада, происходят некоторые совершенно новые ядерные реакции, которые ранее не наблюдались при бомбардировке атомных ядер протонами или альфа-частицами. В прошлом было обнаружено, что трансмутация ядер происходит только с испусканием электронов, протонов или ядер гелия, так что тяжелые элементы меняют свою массу лишь на небольшую величину, образуя близлежащие соседние элементы. При бомбардировке тяжелых ядер нейтронами вполне возможно, что ядро ​​распадается на несколько крупных фрагментов, которые, конечно, будут изотопами известных элементов, но не будут соседями облученного элемента.

Статью Ноддака прочитала группа Ферми в Риме, Кюри и Жолио в Париже, а также Мейтнер и Хана в Берлине. Однако цитируемое возражение является лишь одним из нескольких пробелов, которые она отметила в утверждении Ферми. Модель жидкой капли Бора еще не была сформулирована, поэтому не было теоретического способа рассчитать, физически возможно ли атомы урана разбиться на большие куски. Ноддак и ее муж Уолтер Ноддак были известными химиками, номинированными на Нобелевскую премию по химии за открытие рения, хотя в то время они также были втянуты в полемику по поводу открытия элемента 43, который они называли «мазурием». ". Открытие технеция Эмилио Сегре и Карло Перье положило конец их утверждениям, но произошло только в 1937 году. Маловероятно, чтобы Мейтнер или Кюри имели какое-либо предубеждение против Ноддак из-за ее пола. но Мейтнер не побоялась сказать Хану Хуну, что ты ничего не понимаешь в физике («Хан, дорогой, в физике ты ничего не понимаешь»). Такое же отношение перешло и к Ноддак, которая не предложила альтернативную ядерную модель и не провела экспериментов в подтверждение своего утверждения. Хотя Ноддак была известным химиком-аналитиком, ей не хватало физического образования, чтобы оценить масштабность того, что она предлагала.

Бывшее здание Химического института кайзера Вильгельма в Берлине. После Второй мировой войны он стал частью Свободного университета Берлина . В 1956 году он был переименован в здание Отто Хана, а в 2010 году — в здание Хан-Мейтнер.

Ноддак был не единственным критиком заявления Ферми. Аристид фон Гросс предположил, что Ферми обнаружил изотоп протактиния. Мейтнер очень хотела исследовать результаты Ферми, но она понимала, что нужен высококвалифицированный химик, и ей хотелось лучшего из тех, кого она знала: Хана, хотя они не сотрудничали уже много лет. Позже Мейтнер рассказала о Хане (и Фрице Штрассмане, который присоединился позже); «Оно (ядерное деление) удалось благодаря необычайно хорошей химии Гана и Штрасмана, фантастически хорошей химии, которую действительно никто другой в то время не мог сделать. Позже американцы научились этому. Но в то время Ган и Штрасман действительно были единственные, кто вообще мог это сделать, потому что они были такими хорошими химиками. Они действительно доказали физический процесс с помощью химии, так сказать». Поначалу Хана это не интересовало, но упоминание фон Гроссе о протактинии изменило его мнение. «Единственный вопрос, — писал позднее Хан, — по-видимому, заключался в том, нашел ли Ферми изотопы трансурановых элементов или изотопы следующего более низкого элемента, протактиния. В то время мы с Лизой Мейтнер решили повторить эксперименты Ферми, чтобы найти Это было логичное решение, поскольку мы были первооткрывателями протактиния».

К Хану и Мейтнер присоединился Фриц Штрассман . Штрассман получил докторскую степень по аналитической химии в Техническом университете Ганновера в 1929 году. и приехал в Химический институт кайзера Вильгельма, чтобы учиться у Хана, полагая, что это улучшит его перспективы трудоустройства. Ему так нравилась работа и люди, что он остался там после истечения срока его стипендии в 1932 году. После того, как нацистская партия пришла к власти в Германии в 1933 году, он отклонил выгодное предложение о работе, поскольку это требовало политической подготовки и членства в нацистской партии, и он вышел из Общества немецких химиков , когда оно стало частью Нацистского немецкого трудового фронта . В результате он не смог ни работать в химической промышленности, ни получить хабилитацию , необходимую для того, чтобы стать независимым исследователем в Германии. Мейтнер убедила Хана нанять Штрассмана, используя деньги из фонда особых обстоятельств режиссера. В 1935 году Штрассман стал помощником с половинной зарплатой. Вскоре он будет признан соавтором подготовленных ими документов.

Закон 1933 года о восстановлении профессиональной государственной службы исключил евреев из государственной службы, включая академические круги. Мейтнер никогда не пыталась скрыть свое еврейское происхождение, но первоначально была освобождена от его влияния по нескольким причинам: она работала до 1914 года, служила в армии во время мировой войны, была гражданкой Австрии, а не Германии, а кайзер Вильгельм Институт представлял собой партнерство правительства и промышленности. Однако она была уволена с должности адъюнкт-профессора в Берлинском университете на том основании, что во время Первой мировой войны она не служила на фронте и не получила абилитации до 1922 года. Карл Бош , директор IG Farben , главного спонсора Химического института кайзера Вильгельма, заверил Мейтнер, что ее положение там в безопасности, и она согласилась остаться. Мейтнер, Хан и Штрассманн лично сблизились, поскольку их антинацистская политика все больше отдаляла их от остальной части организации, но это давало им больше времени для исследований, поскольку управление было передано помощникам Хана и Мейтнер.

Исследования

Экспозиция ядерного деления в Немецком музее в Мюнхене . Стол и инструменты оригинальные. но не были бы вместе в одной комнате. Давление со стороны историков, ученых и феминисток заставило музей изменить экспозицию в 1988 году, чтобы отметить Лизу Мейтнер, Отто Фриша и Фрица Штрассмана.

Берлинская группа начала с облучения соли урана нейтронами из радон-бериллиевого источника, аналогичного тому, который использовал Ферми. Они растворили его и добавили калия перренат , хлорид платины и гидроксид натрия . То, что осталось, затем подкислялось сероводородом , что приводило к осаждению сульфида платины и сульфида рения. Ферми отметил четыре радиоактивных изотопа, самый долгоживущий из которых имел период полураспада 13 и 90 минут, и они были обнаружены в осадке. Затем берлинская группа проверила наличие протактиния, добавив в раствор протактиний-234. Когда он был осаждён, было обнаружено, что он отделен от изотопов с периодом полураспада 13 и 90 минут, что продемонстрировало, что фон Гроссе был неправ, и они не были изотопами протактиния. Более того, химические реакции исключили все элементы ртути и выше. из таблицы Менделеева Им удалось осадить 90-минутную активность сульфидом осмия и 13-минутную активность сульфидом рения, что исключило их изотопы одного и того же элемента. Все это предоставило убедительные доказательства того, что это действительно трансурановые элементы с химическими свойствами, подобными осмию и рению.

Ферми также сообщил, что быстрые и медленные нейтроны вызывают разную активность. Это указывало на то, что происходит более одной реакции. Когда берлинская группа не смогла повторить выводы римской группы, они начали собственные исследования воздействия быстрых и медленных нейтронов. Чтобы свести к минимуму радиоактивное загрязнение в случае аварии, разные этапы проводились в разных комнатах, все в секции Мейтнер на первом этаже Института кайзера Вильгельма. Нейтронное облучение проводилось в одной лаборатории, химическое разделение – в другой, а измерения – в третьей. Оборудование, которое они использовали, было простым и в основном изготавливалось вручную.

К марту 1936 года они с разной степенью достоверности определили десять различных периодов полураспада. Чтобы объяснить их, Мейтнер пришлось выдвинуть гипотезу о новом классе реакций (n, 2n) и альфа-распаде урана, о которых раньше никогда не сообщалось и для которого отсутствовали физические доказательства. Поэтому, пока Хан и Штрассманн совершенствовали свои химические процедуры, Мейтнер разработала новые эксперименты, чтобы пролить больше света на реакционные процессы. В мае 1937 года они опубликовали параллельные отчеты: один в Zeitschrift für Physik с Мейтнер в качестве основного автора и один в Chemische Berichte с Ханом в качестве основного автора. В заключение Хан решительно заявил: « Прежде всего, их химическое отличие от всех ранее известных элементов не нуждается в дальнейшем обсуждении («Прежде всего, их химическое отличие от всех ранее известных элементов не нуждается в дальнейшем обсуждении»). )Мейтнер становилась все более неуверенной. Теперь они построили три (n, γ) реакции:

1. ²³⁸
   ₉₂ У + н → ²³⁹
   ₉₂ ЕД (10 секунд) → ²³⁹
   ₉₃ экаРе (2,2 минуты) → ²³⁹
   ₉₄ экаО (59 минут) → ²³⁹
   ₉₅ экаИР (66 часов) → ²³⁹
   ₉₆ экаПт (2,5 часа) → ²³⁹
   ₉₇ экАу (?)
2. ²³⁸
   ₉₂ У + н → ²³⁹
   ₉₂ ЕД (40 секунд) → ²³⁹
   ₉₃ экаРе (16 минут) → ²³⁹
   ₉₄ экаО (5,7 часов) → ²³⁹
   ₉₅ экаИр (?)
3. ²³⁸
   ₉₂ У + н → ²³⁹
   ₉₂ Ю (23 минуты) → ²³⁹
   ₉₃ экаРе

Мейтнер была уверена, что это должны быть (n, γ) реакции, поскольку медленным нейтронам не хватает энергии, чтобы отколоть протоны или альфа-частицы. Она рассматривала возможность того, что реакции происходили с разными изотопами урана; были известны три: уран-238, уран-235 и уран-234. Однако, когда она рассчитала нейтронное сечение, оно оказалось слишком большим, чтобы быть чем-то иным, кроме самого распространенного изотопа урана-238. Она пришла к выводу, что это должен быть случай ядерной изомерии , которая была открыта в протактинии Ханом в 1922 году. Физическое объяснение ядерной изомерии дал фон Вайцзеккер, который был помощником Мейтнер в 1936 году, но с тех пор занял позицию в Институт физики кайзера Вильгельма. Различные ядерные изомеры протактиния имели разные периоды полураспада, и это могло быть справедливо и для урана, но если это так, то оно каким-то образом унаследовано дочерними и внучатыми продуктами, что, похоже, доводит аргумент до предела. Затем была третья реакция, (n, γ), которая происходила только с медленными нейтронами. Поэтому Мейтнер закончила свой отчет на ноте, совершенно отличной от Хана, сообщив, что: «Этот процесс должен представлять собой захват нейтрона ураном-238, что приводит к образованию трех изомерных ядер урана-239. Этот результат очень трудно согласовать с современными представлениями о ядро».

Выставка, посвященная 75-летию открытия ядерного деления, в Венском международном центре в 2013 году. На видном месте представлены изображения Мейтнер и Штрассман.

После этого берлинская группа перешла к работе с торием, как выразился Штрассман, «чтобы оправиться от ужаса работы с ураном». Однако работать с торием было не легче, чем с ураном. Во-первых, у него был продукт распада радиоторий ( ²²⁸
₉₀ Th ), что подавляло более слабую нейтронно-индуцированную активность. Но у Хана и Мейтнер был образец, из которого они регулярно удаляли материнский изотоп мезотория ( ²²⁸
₈₈ Ra ), в течение нескольких лет, позволяя радиоторию полностью распасться. Даже тогда с ним было еще труднее работать, поскольку продукты его распада в результате нейтронного облучения представляли собой изотопы тех же элементов, образующихся в результате собственного радиоактивного распада тория. Они обнаружили три различных серии распада, все с альфа-излучателями — форма распада, не обнаруженная ни в одном другом тяжелом элементе, и для которой Мейтнер снова пришлось постулировать множественные изомеры. Они действительно обнаружили интересный результат: эти серии распада (n, α) происходили одновременно, когда энергия падающих нейтронов была меньше 2,5 МэВ ; когда их было больше, происходила реакция (n, γ), в результате которой образовывался ²³³
_{Предпочтение было отдано 90} тыс .

В Париже Ирен Кюри и Павел Савич также намеревались повторить выводы Ферми. В сотрудничестве с Гансом фон Хальбаном и Питером Прейсверком они облучили торий и получили изотоп с периодом полураспада 22 минуты, который заметил Ферми. В целом группа Кюри обнаружила восемь различных периодов полураспада в облученном тории. Кюри и Савич обнаружили радиоактивное вещество с периодом полураспада 3,5 часа. Парижская группа предположила, что это может быть изотоп тория. Мейтнер попросила Штрассмана, который теперь выполнял большую часть работы по химии, проверить. Он не обнаружил никаких признаков тория. Мейтнер написала Кюри о своих результатах и ​​предложила тихое опровержение. Тем не менее Кюри упорствовал. Они исследовали химию и обнаружили, что 3,5-часовая активность исходила от чего-то, химически похожего на лантан (что на самом деле и было), который они безуспешно пытались изолировать с помощью процесса фракционной кристаллизации . (Вполне возможно, что их осадок был загрязнен иттрием , который химически подобен.) Используя счетчики Гейгера и пропуская химическое осаждение, Кюри и Савич обнаружили 3,5-часовой период полураспада в облученном уране.

После аншлюса , объединения Германии с Австрией 12 марта 1938 года, Мейтнер потеряла австрийское гражданство. Джеймс Франк предложил спонсировать ее иммиграцию в Соединенные Штаты, а Бор предложил временное место в своем институте, но когда она пошла в посольство Дании за визой, ей сказали, что Дания больше не признает ее австрийский паспорт действительным. 13 июля 1938 года Мейтнер отбыла в Нидерланды вместе с голландским физиком Дирком Костером . Прежде чем она ушла, Отто Хан подарил ей кольцо с бриллиантом, которое он унаследовал от матери, чтобы продать в случае необходимости. Она добралась до безопасного места, но осталась только с летней одеждой. Позже Мейтнер рассказала, что навсегда покинула Германию с 10 марками в кошельке. С помощью Костера и Адриана Фоккера она прилетела в Копенгаген, где ее встретил Фриш, и остановилась у Нильса и Маргреты Бор в их доме отдыха в Тисвильде . 1 августа она села на поезд до Стокгольма , где ее встретила Ева фон Бар .

Интерпретация

Парижская группа опубликовала свои результаты в сентябре 1938 года. Хан назвал изотоп с периодом полураспада 3,5 часа загрязнением, но, изучив детали экспериментов парижской группы и кривые распада, Штрассман забеспокоился. Он решил повторить эксперимент, используя свой более эффективный метод выделения радия. На этот раз они обнаружили то, что, по их мнению, было радием, который, как предположил Хан, возник в результате двух альфа-распадов:

²³⁸
₉₂ U + n → α + ²³⁵
₉₀ Th → α + ²³⁵
₈₈ Ра

Мейтнер с трудом могла в это поверить.

Механизм деления. Нейтрон заставил ядро ​​колебаться, удлиняться и расщепляться.

В ноябре Хан отправился в Копенгаген, где встретился с Бором и Мейтнер. Они сказали ему, что очень недовольны предложенными изомерами радия. По указанию Мейтнер Хан и Штрассман начали повторять эксперименты, как раз в то время, когда Ферми получал Нобелевскую премию в Стокгольме. При содействии Клары Либер и Ирмгард Боне Хан и Штрассман выделили три изотопа радия (подтвержденные их периодом полураспада) и использовали фракционную кристаллизацию, чтобы отделить их от носителя бария, добавив кристаллы бромида бария в четыре этапа. Поскольку радий преимущественно осаждается в растворе бромида бария, на каждом этапе отбираемая фракция будет содержать меньше радия, чем предыдущая. Однако они не обнаружили различий между каждой из фракций. В случае, если их процесс был в чем-то ошибочен, они проверяли его с помощью известных изотопов радия; процесс прошел нормально. Хан и Штрассман обнаружили четвертый изотоп радия. Их период полураспада был сформулирован Ханом и Штрассманом следующим образом:

$\mathrm {Ra\ I?} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{1 min.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ I\ } {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{30 min.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?}$

$\mathrm {Ra\ II} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{14}}\ \mathrm {\pm } \ {2min.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ II\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{2,5 h.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?}$

$\mathrm {Ra\ III} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{86}}\ \mathrm {\pm } \ {6min.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ III\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{couple of days?}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?}$

$\mathrm {Ra\ IV} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\text{250-300 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ IV\ } {\xrightarrow[{\text{40 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?}$

В декабре Хана и Штрассман сделали то, что они назвали « experimentum Crus» , смешав вещество, которое они создали и считали радием, с изотопом радия 228Ra мезоторием 1.

17 декабря Хан и Штрассман бомбардировали уран медленными нейтронами и оставили его на 2,5 часа. Образовавшиеся в этом процессе Ra II и Ra III были затем смешаны с мезоторием 1. По сравнению с изотопом радия они вели себя не как изотопы радия, а как изотопы бария.

19 декабря Хан написал Мейтнер, сообщив ей, что изотопы радия ведут себя по химическому составу как барий. Стремясь закончить исследование до рождественских каникул, Хан и Штрассманн представили свои результаты в Naturwissenschaften 22 декабря, не дожидаясь ответа Мейтнер. Ган понял, что произошел «взрыв» атомных ядер, но он не был уверен в такой интерпретации. Хан завершил статью в «Naturwissenschaften» такими словами: «Как химики... мы должны заменить символы Ba, La, Ce на Ra, Ac, Th. Будучи «химиками-ядерщиками», довольно близкими к физике, мы пока не можем заставить себя принять это. шаг, который противоречит всему предыдущему опыту в физике».

Обычно Фриш праздновала Рождество с Мейтнер в Берлине, но в 1938 году она приняла приглашение Евы фон Бар провести его со своей семьей в Кунгэльве , и Мейтнер попросила Фриша присоединиться к ней там. Мейтнер получила письмо от Хана с описанием его химического доказательства того, что частью продукта бомбардировки урана нейтронами является барий. Атомная масса бария была на 40% меньше, чем урана, и никакие ранее известные методы радиоактивного распада не могли объяснить столь большую разницу в массе ядра.

Тем не менее, она немедленно ответила Хану, чтобы сказать: «В настоящий момент предположение о столь радикальном разрыве кажется мне очень трудным, но в ядерной физике мы пережили столько сюрпризов, что нельзя безоговорочно сказать: «Это невозможно». .'" Мейтнер чувствовала, что Ган был слишком осторожным химиком, чтобы допустить элементарную ошибку, но обнаружила, что результаты трудно объяснить. Все ядерные реакции, которые были задокументированы, включали отрыв протонов или альфа-частиц от ядра. Разорвать отношения оказалось гораздо сложнее. Однако модель жидкой капли, которую постулировал Гамов, предполагала возможность того, что атомное ядро ​​может удлиниться и преодолеть поверхностное натяжение, удерживающее его вместе.

По словам Фриша:

В этот момент мы оба сели на ствол дерева (все это обсуждение произошло, когда мы шли по лесу по снегу, я на лыжах, а Лиза Мейтнер подтвердила свое заявление о том, что без них она может идти так же быстро), и начал считать на клочках бумаги. Мы обнаружили, что заряд ядра урана действительно был достаточно велик, чтобы почти полностью преодолеть эффект поверхностного натяжения; так что ядро ​​урана действительно может напоминать очень шаткую нестабильную каплю, готовую разделить себя при малейшем провоцировании, например при ударе одного нейтрона.

Но была еще одна проблема. После разделения две капли разойдутся за счет взаимного электрического отталкивания и приобретут большую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия? К счастью, Лиза Мейтнер вспомнила эмпирическую формулу для расчета масс ядер и выяснила, что два ядра, образовавшиеся в результате разделения ядра урана, будут легче исходного ядра урана примерно на одну пятую массы протона. Теперь, когда масса исчезает, создается энергия, согласно . формуле Эйнштейна $E=m\,c^{2}$, а одна пятая массы протона была эквивалентна как раз 200 МэВ. Итак, вот источник этой энергии; все подошло!

Мейтнер и Фриш правильно интерпретировали результаты Хана как означающие, что ядро ​​урана раскололось примерно пополам. Первые две реакции, которые наблюдала берлинская группа, представляли собой легкие элементы, образующиеся в результате распада ядер урана; третий, 23-минутный, представлял собой распад на настоящий 93-й элемент. Вернувшись в Копенгаген, Фриш сообщил об этом Бору, который хлопнул себя по лбу и воскликнул: «Какими мы были идиотами!» Бор пообещал ничего не говорить, пока статья не будет готова к публикации. одностраничную заметку Чтобы ускорить процесс, они решили отправить в Nature . На тот момент единственным доказательством, которое у них было, был барий. Логично, что если образовался барий, то другим элементом должен быть криптон . хотя Хан ошибочно полагал, что сумма атомных масс должна составлять 239, а не атомные номера, равные 92, и думал, что это мазурий (технеций), и поэтому не проверял это:

²³⁵
₉₂ У + н →
₅₆ Ба +
₃₆ кр + немного н

В ходе серии междугородних телефонных звонков Мейтнер и Фриш придумали простой эксперимент, подтверждающий их утверждение: измерить отдачу осколков деления, используя счетчик Гейгера с порогом, установленным выше порога альфа-частиц. Фриш провел эксперимент 13 января 1939 года и обнаружил, что импульсы, вызванные реакцией, соответствуют их предсказаниям. Он решил, что ему нужно название для недавно открытого ядерного процесса. Он поговорил с Уильямом А. Арнольдом, американским биологом, работающим с де Хевеши, и спросил его, как биологи называют процесс, посредством которого живые клетки делятся на две клетки. Арнольд сказал ему, что биологи назвали это делением . Затем Фриш в своей статье применил это название к ядерному процессу. как совместно написанную заметку о делении, так и свою статью об эксперименте по отдаче Фриш отправил в журнал Nature 16 января 1939 года; первый появился в печати 11 февраля, а второй — 18 февраля. использовали термин Uranspaltung В своей второй публикации о делении ядра в феврале 1939 года Хан и Штрассман впервые (деление урана) и предсказали существование и высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления, открыв возможность цепной ядерной реакции. .

Прием

приносит новости в

Перед отъездом в Соединенные Штаты 7 января 1939 года со своим сыном Эриком для участия в Пятой Вашингтонской конференции по теоретической физике Бор пообещал Фришу, что не будет упоминать деление до тех пор, пока статьи не появятся в печати, но во время пересечения Атлантического океана на пароходе SS Drottningholm . Бор обсуждал механизм деления с Леоном Розенфельдом и не сообщил ему, что информация конфиденциальна. По прибытии в Нью-Йорк 16 января их встретили Ферми и его жена Лаура Капон , а также Джон Уилер , который был научным сотрудником института Бора в 1934–1935 годах. Так получилось, что в тот вечер состоялось собрание Клуба физических журналов Принстонского университета , и когда Уиллер спросил Розенфельда, есть ли у него какие-нибудь новости, о которых он мог бы сообщить, Розенфельд им рассказал. записку, Смущенный Бор отправил в журнал Nature защищающую претензии Мейтнер и Фриша на приоритет открытия. Гана раздражало то, что, хотя Бор упомянул в заметке свою работу и работу Штрассмана, он цитировал только Мейтнер и Фриш.

Новости о новом открытии, которое правильно рассматривалось как совершенно новый физический эффект с огромными научными и потенциально практическими возможностями, быстро распространились. Исидор Исаак Раби и Уиллис Лэмб , два физики Колумбийского университета , работавшие в Принстоне, услышали эту новость и привезли ее обратно в Колумбию. Лави сказал, что рассказал Ферми; Ферми отдал должное Лэмбу. Для Ферми эта новость стала глубоким смущением, поскольку трансурановые элементы , за открытие которых он частично был удостоен Нобелевской премии, были вовсе не трансурановыми элементами, а продуктами деления . Он добавил сноску по этому поводу в свою речь на вручении Нобелевской премии. Вскоре после этого Бор поехал из Принстона в Колумбию, чтобы встретиться с Ферми. Не найдя Ферми в его кабинете, Бор спустился в зону циклотрона и нашел Герберта Л. Андерсона . Бор схватил его за плечо и сказал: «Молодой человек, позвольте мне объяснить вам кое-что новое и интересное в физике».

исследования

Многим ученым в Колумбии было ясно, что им следует попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при ядерном делении урана в результате нейтронной бомбардировки. 25 января 1939 года группа Колумбийского университета провела первый в США эксперимент по расщеплению ядерного оружия. что было сделано в подвале Пупин-холла . Эксперимент заключался в помещении оксида урана в ионизационную камеру , облучении его нейтронами и измерении высвободившейся при этом энергии. , началась Пятая Вашингтонская конференция по теоретической физике На следующий день в Вашингтоне, округ Колумбия под совместной эгидой Университета Джорджа Вашингтона и Вашингтонского института Карнеги . Оттуда новости о ядерном делении распространились еще дальше, что способствовало появлению множества экспериментальных демонстраций.

Бор и Уилер пересмотрели модель капли жидкости, чтобы объяснить механизм ядерного деления, и добились заметного успеха. Их статья появилась в журнале Physical Review 1 сентября 1939 года, в день, когда Германия вторглась в Польшу , начав Вторую мировую войну в Европе. Изучая деление, физики-экспериментаторы обнаружили еще более загадочные результаты. Джордж Плачек спросил Бора, почему уран делится как на очень быстрые, так и на очень медленные нейтроны. Придя на встречу с Уилером, Бор понял, что деление при низких энергиях происходит за счет изотопа урана-235, тогда как при высоких энергиях оно происходит главным образом за счет гораздо более распространенного изотопа урана-238 . Это было основано на измерениях Мейтнер сечений захвата нейтронов в 1937 году. Это будет экспериментально подтверждено в феврале 1940 года, после того как Альфред Ниер сможет произвести достаточное количество чистого урана-235 для Джона Р. Даннинга , Аристида фон Гросса и Юджина Т. Бута . испытаний

Другие ученые возобновили поиск неуловимого элемента 93, который казался простым, поскольку теперь они знали, что он возник в результате 23-минутного периода полураспада. В радиационной лаборатории в Беркли, Калифорния , Эмилио Сегре и Эдвин Макмиллан использовали циклотрон для создания изотопа. Затем они обнаружили бета-активность с двухдневным периодом полураспада, но она имела химические характеристики редкоземельного элемента , а химический состав элемента 93, как предполагалось, был похож на рений. Поэтому его игнорировали как еще один продукт деления. Прошел еще год, прежде чем Макмиллан и Филип Абельсон определили, что двухдневный период полураспада принадлежит неуловимому элементу 93, который они назвали « нептунием ». Они проложили путь к открытию Гленном Сиборгом , Эмилио Сегре и Джозефом Кеннеди элемента 94, который они назвали « плутонием » в 1941 году.

Другое направление исследований, возглавляемое Мейтнер, заключалось в том, чтобы определить, могут ли другие элементы делиться после облучения нейтронами. Вскоре было установлено, что это могут сделать торий и протактиний. Также были произведены измерения количества выделяемой энергии. Ганс фон Хальбан, Фредерик Жолио-Кюри и Лью Коварски продемонстрировали, что уран, бомбардированный нейтронами, испускает больше нейтронов, чем поглощает, что предполагает возможность цепной ядерной реакции. Несколько недель спустя Ферми и Андерсон сделали то же самое. Многим учёным было очевидно, что, по крайней мере теоретически, можно создать чрезвычайно мощный источник энергии, хотя большинство всё ещё считало создание атомной бомбы невозможным.

Нобелевская премия

И Хан, и Мейтнер были неоднократно номинированы на Нобелевские премии по химии и физике еще до открытия ядерного деления за свои работы по радиоактивным изотопам и протактинию. В период с 1940 по 1943 год последовало еще несколько номинаций за открытие деления. Номинации на Нобелевскую премию рассматривались комитетами из пяти человек, по одному на каждую награду. Хотя и Хан, и Мейтнер были номинированы в области физики, радиоактивность и радиоактивные элементы традиционно считались областью химии, и поэтому Нобелевский комитет по химии оценил эти номинации в 1944 году.

Комитет получил отчеты от Теодора Сведберга в 1941 году и Арне Вестгрена в 1942 году. Эти химики были впечатлены работой Хана, но считали, что экспериментальная работа Мейтнер и Фриш не была выдающейся. Они не понимали, почему физическое сообщество считает их работу плодотворной. Что касается Штрассмана, хотя его имя фигурировало в документах, существовала давняя политика присуждения наград самым старшим ученым в коллаборации. В 1944 году Нобелевский комитет по химии проголосовал за то, чтобы рекомендовать присудить Нобелевскую премию по химии за 1944 год одному Гану. Однако немцам запретили принимать Нобелевские премии после того, как Нобелевская премия мира была присуждена Карлу фон Осецкому в 1936 году. Рекомендация комитета была отклонена Шведской королевской академией наук , которая решила отложить вручение награды на один год.

Война закончилась, когда в сентябре 1945 года академия пересмотрела решение о присуждении премии. Нобелевский комитет по химии теперь стал более осторожным, поскольку было очевидно, что многие исследования были проведены рамках Манхэттенского проекта в Соединенных Штатах в секрете в , и он предложил отложить Нобелевская премия по химии 1944 года еще на год. На академию повлиял Йоран Лильестранд , который утверждал, что для академии важно отстоять свою независимость от союзников во Второй мировой войне и присудить Нобелевскую премию по химии немцу, как это было после Первой мировой войны, когда он вручил его Фрицу Хаберу . Таким образом, Хан стал единственным лауреатом Нобелевской премии по химии 1944 года «за открытие деления тяжелых ядер».

Мейтнер написала в письме своей подруге Биргит Бруме-Аминофф 20 ноября 1945 года:

Несомненно, Хан вполне заслужил Нобелевскую премию по химии. В этом действительно нет никаких сомнений. Но я считаю, что Отто Роберт Фриш и я внесли немаловажный вклад в выяснение процесса деления урана – как он возникает и производит столько энергии, а это было чем-то очень далеким от Хана. По этой причине я нашел несколько несправедливым то, что в газетах меня называли Mitarbeiterin [подчиненным] Гана в том же смысле, что и Штрассмана.

В 1946 году Нобелевский комитет по физике рассматривал номинации на Мейтнер и Фриш, полученные от Макса фон Лауэ , Нильса Бора, Оскара Кляйна , Эгиля Хиллерааса и Джеймса Франка. Отчеты для комитета писал Эрик Хюльтен, который возглавлял кафедру экспериментальной физики в Стокгольмском университете , в 1945 и 1946 годах. Хюльтен утверждал, что теоретическую физику следует считать достойной награды только в том случае, если она вдохновляет на великие эксперименты. Роль Мейтнер и Фриша в том, что они первыми поняли и объяснили деление, не была понята. Могут быть и личные факторы: председатель комитета Манне Зигбан не любил Мейтнер и имел профессиональное соперничество с Кляйн. Мейтнер и Фриш будут регулярно номинироваться в течение многих лет, но никогда не будут удостоены Нобелевской премии.

В истории и памяти

В конце войны в Европе Хан был взят под стражу и заключен в Фарм-Холл вместе с девятью другими старшими учеными, все из которых, за исключением Макса фон Лауэ, участвовали в немецкой программе создания ядерного оружия , а все, кроме Хана и Пауля Хартека, были физики. Именно здесь они услышали новости об атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки . Не желая признавать, что они на годы отстают от американцев, и не зная, что их разговоры записываются, многие из них говорили в разговорах, что они вообще никогда не хотели, чтобы их программа создания ядерного оружия была успешной. Хан им не поверил. Хан все еще был там, когда в ноябре 1945 года было объявлено о его Нобелевской премии. Ученые Фарм-Холла провели остаток своей жизни, пытаясь реабилитировать имидж немецкой науки, запятнанный нацистским периодом. Неудобные детали, такие как тысячи женщин-рабынь из концентрационного лагеря Заксенхаузен, добывавших урановую руду для своих экспериментов, были скрыты.

Лиза Мейтнер в 1946 году с физиком Артуром Х. Комптоном и актрисой Кэтрин Корнелл.

Для Хана это обязательно подразумевало утверждение его утверждения об открытии деления для себя, для химии и для Германии. Он использовал свою речь на вручении Нобелевской премии, чтобы утвердить эту точку зрения: поэтому он упомянул участие Мейтнер и Штрасмана в своей Нобелевской лекции. Послание Хана нашло большой отклик в Германии, где его почитали как пресловутого доброго немца , порядочного человека, который был ярым противником нацистского режима, но остался в Германии, где занимался чистой наукой. Будучи президентом Общества Макса Планка с 1946 по 1960 год, он создавал для аудитории, которая хотела в это поверить, образ немецкой науки как неослабевшей в блеске и незапятнанной нацизмом. После Второй мировой войны Хан выступил решительно против использования ядерной энергии в военных целях. Он видел применение своих научных открытий в таких целях как злоупотребление или даже преступление. Лоуренс Бадаш писал: «Его признание во время войны извращения науки для создания оружия и его послевоенная деятельность по планированию направления научных усилий своей страны теперь все больше склоняли его к тому, чтобы стать выразителем социальной ответственности».

Напротив, сразу после войны Мейтнер и Фриш были провозглашены первооткрывателями ядерного деления в англоязычных странах. Япония рассматривалась как марионеточное государство Германии, а разрушение Хиросимы и Нагасаки — как поэтическое правосудие за преследование еврейского народа. В январе 1946 года Мейтнер совершила поездку по США, где прочитала лекции и получила почётные степени . Она посетила коктейльную вечеринку генерал-лейтенанта Лесли Гроувса , директора Манхэттенского проекта назвал ее «Женщиной года» (который в своих мемуарах 1962 года отдал ей исключительную заслугу в открытии ядерного деления), и Национальный женский пресс-клуб . На приеме по случаю этой награды она сидела рядом с президентом США Трумэном Гарри С. . Но Мейтнер не любила публичные выступления, особенно на английском языке, и ей не нравилась роль знаменитости, и она отклонила предложение стать приглашенным профессором в колледже Уэлсли . Хан выдвинул Мейтнер и Фриш на Нобелевскую премию по физике в 1948 году. После войны он и Мейтнер остались близкими друзьями.

Мемориальная доска в память об открытии Ганом и Штрассманом ядерного деления в Берлине (открыта в 1956 году)

В 1966 году Комиссия по атомной энергии США совместно наградила Хана, Штрассмана и Мейтнер премией Энрико Ферми за открытие деления. Церемония прошла во дворце Хофбург в Вене. Впервые премия Энрико Ферми была вручена неамериканцам, и впервые она была вручена женщине. На дипломе Мейтнер было написано: «За новаторские исследования естественной радиоактивности и обширные экспериментальные исследования, приведшие к открытию деления». Диплом Хана был немного другим: «За новаторские исследования естественной радиоактивности и обширные экспериментальные исследования, завершившиеся открытием деления». Хан и Штрассман присутствовали, но Мейтнер была слишком больна, чтобы присутствовать, поэтому Фриш приняла награду от ее имени.

Во время совместного празднования в Германии 100-летия Эйнштейна, Хана, Мейтнер и фон Лауэ в 1978 году рассказ Хана об открытии деления начал рушиться. Хан и Мейтнер умерли в 1968 году, но Штрассман был еще жив, и он утверждал, что его аналитическая химия и физика Мейтнер важны для открытия, а также их роль не просто помощников. после его смерти, а отмеченная премией биография Мейтнер для молодежи в 1986 году Подробная биография Штрассмана появилась в 1981 году, через год . как еще один пример эффекта Матильды , когда женщину стирали со страниц истории. К 1990 году Мейтнер вернулась в повествование, хотя ее роль оставалась спорной, особенно в Германии.

Вайцзеккер , коллега Хана и Мейтнер во время их пребывания в Берлине и сокамерник Хана в Фарм-Холле, решительно поддержал роль Хана в открытии ядерного деления. Он сказал аудитории, собравшейся на церемониальную установку бюста Мейтнер в Эренсаале (Зале славы) Немецкого музея в Мюнхене 4 июля 1991 года, что ни Мейтнер, ни физика не способствовали открытию деления, которое, по его словам, было заявлено, было «открытием Хана, а не Лизы Мейтнер».

Ссылки

• Амальди, Уго (2001). «Ядерная физика с тридцатых годов до наших дней». В Бернардини, К.; Бонолис, Луиза (ред.). Энрико Ферми: его работа и наследие . Болонья: Итальянское физическое общество: Springer. стр. 151–176. ISBN  978-88-7438-015-2 . OCLC   56686431 .
• Бадаш, Лоуренс (1983). «Отто Хан, наука и социальная ответственность». В Ши, Уильям Р. (ред.). Отто Хан и развитие ядерной физики . Серия Университета Западного Онтарио по философии науки. Том 22. Дордрехт / Бостон / Ланкастер: Издательство Д. Рейделя. стр. 167–180. ISBN  90-277-1584-Х . ОСЛК   797094010 .
• Бернштейн, Джереми (2001). Урановый клуб Гитлера: Секретные записи в Фарм-холле (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  978-0-387-95089-1 . OCLC   7324621011 .
• Кларк, Рональд В. (1961). Рождение бомбы: роль Британии в создании оружия, изменившего мир . Лондон: Дом Феникса. OCLC   824335 .
• Фриш, Отто (1979). То немногое, что я помню . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-40583-6 . OCLC   861058137 .
• Гроувс, Лесли (1962). Теперь это можно рассказать: история Манхэттенского проекта . Нью-Йорк: Харпер. ISBN  978-0-306-70738-4 . OCLC   537684 .
• Хан, Отто (1966). Отто Хан: Научная автобиография . Перевод Лей, Вилли. Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера. OCLC   937577181 .
• Хилл, Ричард Ф. (2003). Гитлер атакует Перл-Харбор: почему США объявили войну Германии . Боулдер, Колорадо: Издательство Линн Риннер. ISBN  978-1-58826-126-7 . OCLC   471740037 .
• Крюк, Эрнест Б. (2002). «Междисциплинарный диссонанс и преждевременность: предложение Иды Ноддак о ядерном делении». В Хуке, Эрнест Б. (ред.). Преждевременность научных открытий: о сопротивлении и пренебрежении . Беркли и Лос-Анджелес: Издательство Калифорнийского университета. стр. 124–148. ISBN  978-0-520-23106-1 . OCLC   883986381 .
• Либби, Леона Маршалл (1979). Урановые люди . Нью-Йорк: Крейн, Руссак. ISBN  978-0-8448-1300-4 . OCLC   4665032 .
• Роудс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN  978-0-671-65719-2 . OCLC   224864936 .
• Сайм, Рут Левин (1996). Лиза Мейтнер: Жизнь в физике . Беркли и Лос-Анджелес: Издательство Калифорнийского университета. ISBN  978-0-520-08906-8 . OCLC   32893857 .
• Уиллер, Джон Арчибальд ; Форд, Кеннет (1998). Геоны, черные дыры и квантовая пена: жизнь в физике . Нью-Йорк: WW Norton & Co. ISBN  978-0-393-04642-7 . OCLC   1014741658 .
• Йрума, Джерис Стюленд (ноябрь 2008 г.). Как запоминаются эксперименты: открытие ядерного деления, 1938–1968 (докторская диссертация). Принстон, Нью-Джерси: Принстонский университет. OCLC   297148928 .

Дальнейшее чтение

• Гретцер, Ганс Д.; Андерсон, Дэвид Л. (1971). Открытие ядерного деления: документальная история . Нью-Йорк: Ван Ностранд-Рейнхольд. OCLC   1130319295 .