Реферат: Отто Ган
Содержание
Введение
1. Цепь открытий
2. Реакции деления тяжёлых элементов
3. Отто Ган в истории науки
Заключение
Литература
Введение
В настоящее время существование атомной бомбы и атомных электростанций стало
привычным и не вызывает удивленеия. А ведь все открытия в ядерной физике
произошли за последние 100 с небольшим лет. За это время успело произойти
достаточно событий для того, чтобы атом многократно успел преквратиться из
"бога" в "мамонну" и обратно. И далеко не последнюю роль в этом сыграло
открытие, сделанное в 1938 году в Германии учёными Отто Ганом и Фрицем
Штрассером. Но перед тем, как перенестись в то неспокойное время, когда
Европа готова была заполыхать пожарами войны, стоит вернуться в чуть более
ранние годы и посмотреть на события, которые привели к возможности сделанного
Отто Ганом и Фрицем Штрассером открытия.
Первые шаги атомной науки были робкими, часто случайными, никто из ученых не
представлял тогда последствий, значимости своих работ, носивших отвлеченный
характер, не связанный с практическим применением. Только в конце тридцатых
годов стало прорисовываться то страшное будущее, к которому приведут их
открытия.
В 1896 году французский ученый Анри Беккерель исследовал соли урана, что было
обычной повседневной работой. Обнаруженные неизвестные свойства тщательно
проверялись, а затем публиковались в научных журналах, о наиболее важных
делались сообщения в Академии.
Однажды после своих занятий в лаборатории Беккерель совершенно случайно
оставил образец урановой соли на фотографической пластинке, завернутой в
светонепроницаемую бумагу. Каково же было его удивление, когда, проявив
пластинку,он обнаружил на ней темное пятно. Он повторил опыт и получил тот же
результат там, где лежала соль урана, пластинка оказалась засвеченной.
Неведомые лучи проникали сквозь непрозрачную бумагу наподобие лучей, открытых
немецким ученым Вильгельмом Рентгеном годом ранее. Но лучи рентгена испускал
специальный аппарат с помощью электрического тока, а здесь нечто подобное
исходило от химического вещества.
Сообщение в Академии наук о своем открытии Беккерель сделал 23 ноября 1896
года. Оно чрезвычайно заинтересовало ученых и многие из них, повторив опыт,
начали собственные исследования непонятного явления, которое впоследствии
Мария Кюри назовет радиоактивностью.
Мария Склодовская родилась в Варшаве в 1867 году, окончила там гимназию,а в
1891 году уехала в Париж и стала студенткой Сорбонны. В 1895 году она выходит
замуж за молодого французского ученого Пьера Кюри и начинает работать в его
лаборатории в институте Физики и Химии. Начав с опыта Беккереля, талантливая
ученая устанавливает, что излучение урановых солей это проявление неизвестных
пока свойств урана. Затем она замечает, что радиоактивность разнообразных
соединений урана значительно отличаются по интенсивности. Она полагает, что
некоторые соединения урана могут содержать примеси неизвестного элемента,
отличного от урана. Супруги Кюри начинают напряженную совместную работу в
поисках незнакомца. Их труд увенчался блестящим успехом. В декабре 1898 года
они открыли неизвестный элемент радий почти в 1000 раз более радиоактивный,
чем уран.
В 1900 году Пьер Кюри опубликовал работу о влиянии магнитного поля на
излучение радия. Оказалось, что в магнитном поле излучение расщепляется на
три луча: с положительным электрическим зарядом, отрицательным зарядом,
третий луч нейтрален. Позднее их назвали альфа, бета и гамма-лучи. Альфа-лучи
оказались потоком положительно заряженных ядер гелия, называемых иначе альфа-
частицами, бета-лучи явились потоком электронов, а гамма-лучи представляли
собою электромагнитные колебания наподобие рентгеновских лучей, именно они
были способны проникать через слои различных материалов, в том числе через
металлы.
Большим успехом Марии Кюри было выделение чистого радия в количистве
достаточном для определения атомного веса. В дальнейшем радия стало хватать
не только для своих опытов, но и для передачи другим ученым.
В 1906 году в дорожном происшествии погиб Пьер Кюри. После смерти мужа Мария
продолжала дальнейшие исследования радия, вела широкую общественную жизнь. В
1926 году она становится почетным членом академии наук СССР. Радием она
занималась до последних дней и умерла от его излучений.
А теперь заглянем в Англию, в лабораторию выдающегося физика Эрнста
Розерфорда. В 1911 году ученый предложил свою модель устройства атома,
которая напоминала солнечную систему. В центре атома он представил ядро, в
котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра вращаются легкие
по сравнению с ядром частицы. Эта модель еще не была подтверждена опытом,
являлась гипотезой, но она помогла ученым более правильно направить свои
исследования, быстрее добиваться результатов.
В 1919 году Эрнст Розерфорд осуществил первую в мире ядерную реакцию. Он
бомбардировал ядра азота альфа-частицами и превратил их в ядра кислорода, при
этом альфа-частица (ядро гелия) расщепилась, половина ее была захвачена ядром
азота, а другая половина стала ядром водорода. Этот блестящий эксперимент
впервые показал, что атом делим, более того, атомы могут в определенных
условиях разрушаться, превращаться в другие атомы. Ученые многих стран
старались повторить и расширить результаты добытые Резерфордом, но прошло
долгих 13 лет, прежде чем в физике атомного ядра произошло следующее
выдающееся открытие.
27 февраля 1932 года английский физик Джеймс Чедвик, работая в Кембридже в
лаборатории Резерфорда, открыл нейтрон, существование которого давно
предсказывал Резерфорд. Чедвик работал на самой совершенной аппаратуре.
Лаборатории Резерфорда оказывали значительную финансовую поддержку крупные
английские и иностранные фирмы. Большинство других ученых обходились
самодельными приборами и аппаратурой или заказывали их ремесленникам.
Нейтроны стали новым объектом всестороннего изучения, они позволили
предсказать, обосновать, а затем и осуществить цепную ядерную реакцию.
Крупный успех выпал в 1934 году на долю итальянского ученого Энрико Ферми в
Риме. Бомбардируя различные мишени нейтронами, он открыл явление состоящее в
том, что нейтроны с большей вероятностью вступают в ядерную реакцию, если они
предварительно замедляют скорость своего движения, проходя через слой воды
или парафина. В дальнейшем это открытие использовалось при осуществлении
управляемых ядерных реакций в реакторах целевого и ядерного назначения.
В том же 1934 году французские физики Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли
искуственную (наведенную) радиоактивность. Они облучали алюминиевую фольгу
радием и заметили, что после облучения, фальга становится радиоактивной. Это
сулило большие сложности в освоении и использовании атомной энергии:
конструктивные материалы, из которых создавались ядерные установки, после
облучения, особенно нейтронного, становились радиоактивными, что затрудняло
дальнейшие работы по ремонту и обслуживанию оборудования, ибо люди в таких
случаях нуждались в надежной биологической защите.
В 1935 году канадский доктор наук Артур Демпстер обнаружил наличие двух
изотопов урана: уран-235 и уран-238. Оказалось, что в природном уране
большинство составляет уран-238, а урана-235 содержится всего около 0,7%.
Вот, наконец, мы и вплотную приблизились к тем событиям, результатом которых
стало открытие расщепления атомного ядра.
1. Цепь открытий
Прежде, чем переходить к вопросу об открытии расщепления урана, необходимо
дать небольшой обзор предшествующих событий.
Трудно сказать, какое имя дал бы немецкий ученый Мартин Клапрот открытому в
1789 году элементу, если бы за несколько лет до этого не произошло событие,
взволновавшее все круги общества: в 1781 году английский астроном Вильям
Гершель, наблюдая с помощью самодельного телескопа звездное небо, обнаружил
светящееся облачко, которое он поначалу принял за комету, но в дальнейшем
убедился, что видит новую, неизвестную дотоле седьмую планету солнечной
системы. В честь древнегреческого бога неба Гершель назвал ее Ураном.
Находившийся под впечатлением этого события, Клапрот дал новорожденному
элементу имя новой планеты.
Спустя примерно полвека, в 1841 году, французский химик Эжен Пелиго сумел
впервые получить металлический уран. Промышленный мир остался равнодушным к
тяжелому, сравнительно мягкому металлу, каким оказался уран. Его механические
и химические свойства не привлекли ни металлургов, ни машиностроителей. Лишь
стеклодувы Богемии да саксонские мастера фарфоровых и фаянсовых дел охотно
применяли окись этого металла, чтобы придать бокалам красивый желто-зеленый
цвет или украсить блюда затейливым бархатно-черным узором.
О «художественных способностях» урановых соединений знали еще древние
римляне. При раскопках, проведенных близ Неаполя, удалось найти стеклянную
мозаичную фреску удивительной красоты. Археологи были поражены: за два
тысячелетия стекла почти не потускнели. Когда образцы стекол подвергли
химическому анализу, оказалось, что в них присутствует окись урана, которой
мозаика и была обязана своим долголетием. Но, если окислы и соли урана
занимались «общественно полезным трудом», то сам металл в чистом виде почти
никого не интересовал.
Даже ученые, и те были лишь весьма поверхностно знакомы с этим элементом.
Сведения о нем были скудны, а порой совершенно неправильны. Так, считалось,
что его атомный вес равен приблизительно 120. Когда Д. И. Менделеев создавал
свою Периодическую систему, эта величина путала ему все карты: уран по своим
свойствам никак не хотел вписываться в ту клетку таблицы, которая была
«забронирована» за элементом с этим атомным весом. И тогда ученый, вопреки
мнению многих своих коллег, решил принять новое значение атомного веса урана
— 240 и перенес элемент в конец таблицы. Жизнь подтвердила правоту великого
химика: атомный вес урана 238,03.
Но гений Д. И. Менделеева проявился не только в этом. Еще в 1872 году когда
большинство ученых считало уран на фоне многих ценных элементов своего рода
«балластом», создатель Периодической системы сумел предвидеть его поистине
блестящее будущее: «Между всеми известными химическими элементами уран
выделяется тем, что обладает наивысшим атомным весом... Наивысшая, из
известных, концентрация массы весомого вещества, существующая в уране,...
должна влечь за собою выдающиеся особенности... Убежденный в том, что
исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим
новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых
исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями».
Предсказание великого ученого сбылось менее чем через четверть века: в 1896
году французский физик Анри Беккерель, проводя эксперименты с солями урана,
совершил открытие, которое по праву относится к величайшим научным открытиям,
когда-либо сделанным человеком. Вот как это произошло. Беккерель давно
интересовался явлением фосфоресценции (т. е. свечения), присущей некоторым
веществам. Однажды ученый решил воспользоваться для своих опытов одной из
солей урана, которую химики называют двойным сульфатом уранила и калия. На
обернутую черной бумагой фотопластинку он поместил вырезанную из металла
узорчатую фигуру, покрытую слоем урановой соли, и выставил ее на яркий
солнечный свет, чтобы фосфоресценция была как можно более интенсивной. Через
четыре часа Беккерель проявил пластинку и увидел на ней отчетливый силуэт
металлической фигуры. Еще и еще раз повторил он свои опыты — результат был
тот же. И вот 24 февраля 1896 года на заседаний французской Академии наук
ученый доложил, что у такого фосфоресцирующего вещества, как двойной сульфат
уранила и калия, выставленного на свет, наблюдается невидимое излучение,
которое проходит через черную непрозрачную бумагу и восстанавливает соли
серебра на фотопластинке.
В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ
получения чистого металлического урана. Беккерель попросил у Муассана немного
уранового порошка и установил, что излучение чистого урана значительно
интенсивнее, чем его соединений, причем это свойство урана оставалось
неизменным при самых различных условиях опытов, в частности при сильном
нагревании и при охлаждении до низких температур.
С публикацией новых данных Беккерель не спешил: он ждал, когда Муассан
сообщит о своих весьма интересных исследованиях. К этому обязывала научная
этика. И вот 23 ноября 1896 года на заседании Академии наук Муассан сделал
доклад о работах по получению чистого урана, а Беккерель рассказал о новом
свойстве, присущем этому элементу, которое заключалось в самопроизвольном
делении ядер его атомов. Это свойство было названо радиоактивностью.
Естественно, что теперь уран приковал к себе внимание ученых. Вместе с тем их
интересовал и такой вопрос: только ли урану присуща радиоактивность? Быть
может, в природе существуют и другие элементы, обладающие этим свойством?
Ответ на этот вопрос смогли дать супруги Пьер Кюри и Мария Складовская-Кюри.
С помощью прибора, сконструированного мужем, Мария Кюри исследовала огромное
количество металлов, минералов, солей. Работа велась в неимоверно тяжелых
условиях. Лабораторией служил заброшенный деревянный сарай, который супруги
подыскали в одном из парижских дворов. «Это был барак из досок, с асфальтовым
полом и стеклянной крышей, плохо защищавшей от дождя, без всяких
приспособлений, — вспоминала впоследствии М. Кюри. — В нем были только старые
деревянные столы, чугунная печь, не дававшая достаточно тепла, и классная
доска, которой так любил пользоваться Пьер. Там не было вытяжных шкафов для
опытов с вредными газами, поэтому приходилось делать эти операции на дворе,
когда позволяла погода, или же в помещении при открытых окнах».
Много проблем возникало и с получением нужных материалов. Урановая руда,
например, была очень дорогой, и купить на свои скромные средства достаточное
количество ее супруги Кюри не могли. Они решили обратиться к австрийскому
правительству с просьбой продать им по невысокой цене отходы этой руды, из
которой в Австрии извлекали уран, используемый в виде солей для окрашивания
стекла и фарфора. Ученых поддержала венская Академия наук, и несколько тонн
отходов было доставлено в их парижскую лабораторию.
Мария Кюри работала с необыкновенным упорством. Изучение разнообразных
материалов подтверждало правоту Беккереля, считавшего, что радиоактивность
чистого урана больше любых его соединений. Об этом говорили результаты сотен
опытов. Но Мария Кюри подвергала исследованиям все новые и новые вещества. И
вдруг... Неожиданность! Два урановых минерала — хальколит и смоляная руда
Богемии — гораздо активнее действовали на прибор, чем уран. Вывод
напрашивался сам собой: в них содержится какой-то неизвестный элемент,
характеризующийся еще более высокой способностью к радиоактивному распаду. В
честь Польши — родины М. Кюри — супруги назвали его полонием.
Снова за работу, снова титанический труд — и еще победа: открыт элемент, в
сотни раз превосходящий по радиоактивности уран. Этот элемент ученые назвали
радием, что по-латыни означает «луч».
Открытие радия в какой-то мере отвлекло научную общественность от урана. В
течение примерно сорока лет он не очень волновал умы ученых, да и инженерная
мысль редко баловала его своим вниманием.
В начале 1939 года появились два научных сообщения. Первое, направленное во
французскую Академию наук Фредериком Жолио-Кюри, было озаглавлено
«Экспериментальное доказательство взрывного расщепления ядер урана и тория
под действием нейтронов». Второе сообщение— его авторами были немецкие физики
Отто Фриш и Лиза Мейтнер — опубликовал английский журнал «Природа»; оно
называлось: «Распад урана под действием нейтронов: новый вид ядерной
реакции». И там, и там речь шла о новом, доселе неизвестном явлении,
происходящем с ядром самого тяжелого элемента — урана.
Еще за несколько лет до этого ураном всерьез заинтересовались «мальчуганы» —
именно так дружелюбно называли группу молодых талантливых физиков, работавших
под руководством Энрико Ферми в Римском университете. Увлечением этих ученых
была нейтронная физика, таившая в себе много нового, неизведанного.
Было обнаружено, что при облучении нейтронами, как правило, ядра одного
элемента превращаются в ядра другого, занимающего следующую клетку в
Периодической системе. А если облучить нейтронами последний, 92-й элемент —
уран? Тогда должен образоваться элемент, стоящий уже на 93-м месте — элемент,
который не смогла создать даже природа.
Идея понравилась «мальчуганам». Еще бы, разве не заманчиво узнать, что собой
представляет искусственный элемент, как он выглядит, как ведет себя? Итак —
уран облучен. Но что произошло? В уране появился не один радиоактивный
элемент, как ожидалось, а по меньшей мере десяток. Налицо была какая-то
загадка в поведении урана. Энрико Ферми направляет сообщение об этом в один
из научных журналов. Возможно, считает он, образовался 93-й элемент, но
точных доказательств этого нет. Но, с другой стороны, есть доказательства,
что в облученном уране присутствуют какие-то другие элементы. Но какие?
Опыты Ферми с облучением ядер урана нейтронами спустя несколько лет были
продолжены во Франции и Германии.
В 1938 году Ирен Жолио-Кюри вместе с ее учеником-югославом Павле Савичем,
пытаясь установить химические свойства 93-го элемента. не нашли этого
элемента. Вместо него в уране, облученном нейтронами, оказался почему-то
латан, 57 элемент периодической системы. Это было невероятно, хотя все новые
химические анализы подтверждали присутствие латана. Французские исследователи
долго ломали голову над загадочным явлением латана, но так и не смогли решить
загадку.
Фредерик Жолио-Кюри в 1938 году поехал в Рим на конгресс итальянского
химического объединения и, познакомившись там с крупным немецким химиком Отто
Ганом, рассказал ему о работах своей жены и Савича.
Ган не поверил, но Жолио-Кюри убедил его повторить опыты, проведенные в
