ПОИСКИ ВО ВСЕХ НАПРАВЛЕНИЯХ

Солнечный газ гелий был найден трижды: сначала в солнечных выступах, потом в клевеите и наконец – вместе с другими ленивыми газами – в воздухе. Но ученые на этом не остановились.

Если ленивые газы растворены в воздухе, то почему бы им не быть растворенными также и в воде? Химики принялись искать ленивые газы и в дождевой воде, и в речной, и в морской, и в ключевой, и в водопроводной. И действительно они их там обнаружили, но в ничтожном количестве: вода содержит еще меньше ленивых газов, чем воздух. Одно только нашлось исключение – минеральная вода. В некоторых минеральных источниках было обнаружено довольно много гелия. Немецкий физик Кайзер нашел гелий в воде одного источника в горах Шварцвальда, Рамзай отыскал гелий в целебном источнике Котрэ в Пиренейских горах, а Рэлей – в водах, бьющих из-под земли в известном английском курорте Бат.

Нет такого вещества, в котором химики не искали бы гелия, аргона и других ленивых газов. Они исследовали и вулканическую лаву, и всевозможные руды, и падающие с неба метеориты. Одному химику даже пришла в голову мысль поискать эти газы в растениях

и животных. Он растолок горох и подверг исследованию его химический состав, чтобы узнать, нет ли в горохе гелия. Потом он захлороформировал двух мышей, а когда они умерли – высушил их тела в электрической печке, тоже растолок и занялся изучением порошка: нет ли в мышах гелия?

Но самый тщательный химический анализ не мог обнаружить в мышах ни гелия, ни аргона^[13].

А вот во многих минералах действительно удалось найти гелий. Гелий давно уже был найден в клевеите – почему бы не поискать его и в других минералах? Рамзай и Трэверс принялись за работу. И вскоре гелий был найден в уранините, фергусоните, самарските, колумбите, монаците.

Но больше всего гелия оказалось в одном минерале, который добывают на острове Цейлон. Называется этот минерал торианит. Если килограмм торианита раскалить докрасна, то он отдаст около десяти литров гелия.

Много минералов изучил Рамзай, ища в них гелий. Из своих наблюдений он вывел странное правило: гелий всегда оказывается в тех минералах, которые содержат металлы уран и торий. Если в состав минерала входит металл уран или металл торий, то в кем наверняка можно рассчитывать найти и гелий. А если в минерале нет ни урана, ни тория, то из него не удастся выжать ни одного пузырька гелия.

Долго думал Рамзай о том, что бы это могло означать. Гелий не соединяется ни с ураном, ни с торием: ведь он ленивый газ. Так почему же он всегда встречается там, где встречаются уран и торий? Что общего у него с ними?

Но как Рамзай ни старался, как ни ломал себе голову, ему не удалось разрешить эту загадку.

Загадку разрешили другие – физик Резерфорд и химик. Содди.

НЕВИДИМЫЕ ЛУЧИ

Металл уран был известен химикам давно – еще с XVIII века. Химики изучили и чистый уран и разнообразнейшие соединения урана с другими веществами. Но никому из них не приходило в голову, что в уране есть что-то необыкновенное. И в самом деле, на первый взгляд ничего необыкновенного в уране нет. По виду он похож на серебро, по тяжести на платину, а химические свойства у него почти такие же, как у металла вольфрама.

Эрнст Резерфорд

Химики были твердо убеждены, что уран – заурядный металл, металл, каких много.

Но в марте 1896 года парижский химик Беккерель^[14] неожиданно обнаружил, что этот заурядный металл имеет странное свойство: он испускает лучи. Прошло несколько месяцев, и другой химик, Шмидт, заметил, что такие же лучи испускает другой металл – торий. Потом в Париже двое ученых – Пьер Кюри и его жена Мария Кюри – открыли в урановой руде примесь третьего металла, испускающего лучи, – металла радия.

Фредерик Содди

А в Канаде, в городе Монреаль, два молодых человека – физик Резерфорд и химик Содди – нашли еще одно вещество, испускающее лучи. На этот раз вещество оказалось не металлом, а газом. В металле радии были обнаружены крохотные пузырьки нового газа, испускающего лучи Резерфорд и Содди собрали пузырьки и изучили их. Оказалось, что это ленивый газ, такой же, как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Резерфорд и Содди дали новому ленивому газу имя нитон. По-гречески это значит «сияющий»^[15].

Рис. 13. Фотография, снятая лучами радия. Фредерик Содди сделал такой опыт: он взял стеклянную трубочку, в которой было немного радия, и фотографическую пластинку, запертую в кассету, в которую не проникает ни один луч света Содди стал водить трубочкой, как карандашом по кассете. Лучи, испускаемые радием, прошли через кассету, и на пластинке отпечатались те самые слова – Radium writing («писание радием»), – которые Содди вывел на кассете своей трубочкой. После этого Содди проявил пластинку, отфиксировал ее и приготовил позитив

Уран, торий, радий, нитон – четыре вещества, испускающие лучи. Из них первые два – уран и торий – были известны уже целое столетие. Почему же так долго никто не замечал, что они испускают лучи? Почему это было открыто только в конце XIX века?

Да потому, что эти лучи – невидимые.

Раскаленный уголь, раскаленное железо, расплавленная платина испускают лучи, которые можно увидеть глазами. А торий, уран, радий, нитон испускают лучи, которые увидеть невозможно.

А если так, то каким же образом физики все-таки заметили эти лучи?

Лучей урана, тория, нитона, радия не видит человеческий глаз. Но их видит фотографическая пластинка. Пластинка чернеет, когда на нее падают невидимые лучи (рис. 13).

Но есть и еще способ заметить их безо всякой фотографической пластинки.

Рис. 14. Справа – прибор Крукса для наблюдения вспышек на сернистом цинке. Слева – схема прибора (А – пылинка радия на кончике иглы, В – сернистый цинк, С – лупа)

Существует такое вещества: сернистый цинк. Когда на сернистый цинк падают невидимые лучи, он начинает светиться.

Английский физик Крукс, тот самый Крукс, который когда-то телеграфировал Рамзаю, что «криптон – это гелий», захотел узнать, что происходит с сернистым цинком, когда на него падают невидимые лучи.

Он взял маленький медный стаканчик (рис. 14). Дно стаканчика он обмазал сернистым цинком. А внутри на высоте нескольких миллиметров над дном, он прикрепил к стенке иголочку. На острие иголочки была насажена крохотная невидимая пылинка радия. Потом он пошел в темную комнату и принялся смотреть на дно стаканчика сквозь увеличительное стекло.

Сперва он не видел ничего, но потом, когда его глаза привыкли к темноте, он обнаружил удивительное явление.

На дне стаканчика вспыхивали искорки. Вспыхивали и сейчас же угасали. Искорок было много. Они загорались то здесь, то там. Все дно стаканчика было усыпано ими – совсем как уголок ночного неба, густо усыпанный звездами. С одной только разницей. На глазах у астронома звезды не гаснут. Не одна сотня тысячелетий пройдет перед тем, как изменится привычный рисунок созвездий, распадется Большая Медведица, распустится Пояс Ориона. А звездочки, которые видел Крукс, загорались и гасли каждое мгновение. Каждое мгновение распадались одни созвездия и вспыхивали другие.

Это светился сернистый цинк, на который падали невидимые лучи, испускаемые радием.

Глядя на вспышки, Крукс сделал важный вывод о природе таинственных лучей. Если бы радий испускал свои лучи непрерывно, как солнце испускает свои, то дно стаканчика светилось бы равномерным блеском. Но на поверхности сернистого цинка появлялись только отдельные вспышки, а потом они исчезали, и вместо них появлялись новые. Значит, радий испускает свои лучи не сплошным потоком, а отдельными взрывами, отдельными комочками, отдельными частичками.

Лучи, испускаемые радием, – это поток каких-то частиц, которые вылетают из него, как пули из пулемета. И то, что видел Крукс, – это была бомбардировка сернистого цинка таинственными микроскопическими снарядами, которые вылетали из крошечной пылинки радия на кончике иглы^[16].

РОЖДЕНИЕ ГЕЛИЯ

Известие об опыте Крукса дошло до лаборатории Резерфорда и Содди в далеком Монреале. И это известие неожиданно натолкнуло молодых ученых на решение вопроса, над которым безуспешно бился Рамзай.

Резерфорд и Содди сопоставили два факта.

Факт № 1: гелий, как установил Рамзай, всегда обнаруживается в минералах вместе с веществами, испускающими невидимые лучи, – с торием и ураном.

Факт № 2: невидимые лучи, как установил Крукс, это поток каких-то частиц.

Между этими фактами, рассуждали Резерфорд и Содди, должна существовать какая-то связь. Какая же?

Резерфорд и Содди решились на смелую догадку:

Частицы, вылетающие из урана, тория, радия, нитона, – это частицы гелия. В уране, тории, радии, нитоне непрерывно рождается гелий. Вот почему в минералах, где есть уран и торий, всегда оказывается и гелий.

ПРОВЕРКА ОПЫТОМ

Высказать догадку – этого мало. Нужно суметь доказать, что она правильна. А для этого есть только одно средство – опыт.

Весной 1903 года Фредерик Содди приехал в Англию. В Лондоне он увиделся со знаменитым Рамзаем. Они решили проверить на опыте, верно ли, что частицы, которые наблюдал Крукс, это частицы гелия.

Рамзай и Содди наполнили спектроскопическую трубочку нитоном. Через трубочку пустили электрический ток, и нитон засветился голубоватым огнем. Тогда Рамзай и Содди взяли спектроскоп и стали рассматривать спектр. Они увидели три яркие линии: оранжевую, желтую, зеленую. Это были спектральные линии нитона. Никаких других линий в спектре не было видно.

Рамзай и Содди оставили нитон в спектроскопической трубочке и ушли. А через два дня они вернулись в лабораторию, снова включили ток и снова рассмотрели спектр запертого в трубочке газа. И что же? Спектральные линии нитона горели на своих местах в оранжевом, желтом и зеленом участке спектра, но они стали гораздо слабее, чем за два дня перед тем. А рядом с ними горели новые линии, которых два дня назад не было. Рамзай и Содди сразу узнали их: это были спектральные линии гелия.

Извне гелий не мог попасть в спектроскопическую трубочку. Значит, он возник в самой трубочке, возник из нитона.

Прошло еще два дня, и Рамзай и Содди снова пропустили через свою трубочку ток. Трубочка зажглась, и сразу же стало видно, что с запертым газом произошла еще большая перемена. Четыре дня назад трубочка светилась голубоватым огнем. А теперь огонь был желто-белый – точь-в-точь такой, каким светятся трубки, наполненные гелием. Теперь можно было и без спектроскопа увидеть, что в трубочке гелий. А когда Рамзай и Содди все-таки заглянули в спектроскоп, то у них исчезли и последние сомнения. Спектральные линии нитона еще светились в спектре, но так слабо, что были еле видны. А спектральные линии гелия горели ярким блеском.

Так на глазах у Рамзая и Содди родился гелий.

Рождение гелия из нитона было доказано.

СКОЛЬКО ЛЕТ КЛЕВЕИТУ?

Нитон превращается в гелий. А как же уран и торий? Ведь химики уже очень давно имели дело с этими металлами, и никто не заметил, что они превращаются в гелий. А если так, то нет ли какой-нибудь ошибки в утверждениях Резерфорда и Содди о том, что гелий рождается не только в нитоне, но и в уране и в тории?

Резерфорд и Содди продолжали настаивать: никакой ошибки нет. Разница между ураном и нитоном та, что нитон превращается в гелий

быстро – в течение нескольких дней, а уран очень медленно. Потому-то никто до сих пор и не заметил превращения урана в гелий.

Содди взял большую колбу, наполнил ее веществами, содержащими уран, и тщательно удалил все газы, которые были растворены в этих веществах. Затем он закрыл колбу – так, чтобы никакие газы не могли проникнуть туда извне. А через год он снова исследовал содержимое колбы и обнаружил, что в ней появился гелий, которого раньше не было. Правда, гелия было очень мало – всего лишь одна десятая часть кубического миллиметра, – но для чувствительного спектроскопа и этого оказалось довольно. Содди явственно увидел желтую спектральную линию гелия. Значит, из урана тоже рождается гелий.

В колбе у Содди была тысяча граммов урана. А извлек он из колбы всего только десятую часть кубического миллиметра гелия.

Крохотный пузырек гелия – это все, что получилось из килограмма урана за год. Весит этот пузырек всего лишь одну пятидесятимиллионную долю грамма. Вот как медленно превращается уран в гелий: из каждой тонны урана ежегодно образуется всего лишь две сотых миллиграмма гелия!

Нет ничего удивительного в том, что химики до Содди не смогли заметить превращения урана в гелий. Содди заметил гелий только потому, что он его искал.

Но если уран превращается в гелий так медленно, то почему же в минералах, содержащих уран, находят иногда большое количество гелия?

Ответ ясен: потому, что эти минералы лежат в земной коре очень давно – миллионы, а то и сотни миллионов лет.

Гелий, найденный Рамзаем в клевеите, это гелий, возникший из урана. А гелий, который извлекают из торианита, это гелий, возникший из тория и из урана (в торианите есть и торий, и уран).

Сколько же лет пролежали в земле клевеит, торианит, фергусонит, монацит, прежде чем попали в руки человека?

Геологи не могли ответить на этот вопрос.

За них ответили физики после того, как узнали тайну рождения гелия.

Поиск по сайту: