120 лет назад Ульям Рамзай и Фредерик Содди опубликовали в научном журнале Nature статью, озаглавленную «Эксперименты с радиоактивностью и производство гелия из радия». В ней они сообщили, что альфа-частицы — это ионы гелия. Открытие помогло понять структуру атомов и проложило путь к использованию ядерной энергии.
13 августа 1903 года, то есть 120 лет назад, шотландский химик Уильям Рамзай и англичанин Фредерик Содди показали, что газообразный гелий образуется в результате радиоактивного распада радия. По всей видимости, на тот момент у них не было объяснения тому, как один химический элемент возникает из другого.
К тому времени Ульям Рамзай был уже весьма известным ученым. В 1894 году, работая в Лондоне вместе с Джоном Стреттом (лордом Рэлеем), он извлёк из воздуха новый химический элемент – аргон. Год спустя вместе с Моррисом Трэверсом он обнаружил, что при нагревании некоторых урановых минералов выделяется гелий. До этого гелий был известен как «солнечный» элемент – спектральные линии, соответствующие ему, были найдены в спектре солнечного излучения.
В 1902 году Фредерик Содди, работая с Эрнестом Резерфордом в Монреале, обнаружил, что радиоактивный элемент торий производит вещество, очень похожее на газообразный аргон. Но как такое может быть? Связано ли присутствие гелия в урановых минералах с радиоактивностью урана?
Весной 1903 года ученые начали совместную работу. «Мы сразу же начали исследовать свойства излучения радия», — писал Рамзай. Радий – радоактивный светящийся элемент, открытый незадолго до этого супругами Марией и Пьером Кюри. Газ, образовывающийся из радия, собирали восемь дней. Рамзай и Содди обнаружили, что у него такая же сигнатура, как у гелия в камнях и на Солнце.
В 1903 году Резерфорд и Содди оценили количество энергии, которое высвобождается при испускании гелия радием. Они обнаружили, что эта энергия огромна – «по крайней мере, в двадцать тысяч раз, может быть, в миллион раз больше, чем энергия любого известного взрывчатого вещества», писали они. Если бы эту ядерную энергию можно было разблокировать, то, шутил Резерфорд: «…какой-нибудь дурак в лаборатории мог бы нечаянно взорвать Вселенную». Пожалуй, впервые стало понятно, какая гигантская энергия может быть скрыта в обычном веществе.
В 1908 году Резерфорд подтвердил, что альфа-лучи и излучение Рамсея и Содди — это одно и то же – ядра атомов гелия, несущие положительный электрический заряд. Примерно в это время сотрудники его лаборатории, изучали рассеяние альфа-частиц на золотых фольгах. Резерфорд, исходя из соображений аккуратности, предлагает им промерять и большие углы рассеяния, и тут открылась полная неожиданность – некоторые альфа-частицы отражались от мишени. «Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанёс удар!» – писал Резерфорд. Стало понятно, что в атоме есть сильно заряженная (а также крохотная) структура − атомное ядро. Именно оно и скрывает колоссальную энергию.
Оба ученых, сделавших открытие, прогремевшее 120 лет назад, получили Нобелевскую премию по химии. В 1904 году Ульям Рамзай был награжден за открытие благородных газов (так называют элементы VIII-й группы химических элементов таблицы Менделеева, в которую входят гелий, аргон и ксенон). Фредерик Содди был награжден Нобелевской премией в 1921 году за его новаторский вклад в понимание химических свойств радиоактивных элементов, таких как радий и уран.
Символично, что в 1903 году, когда произошло это эпохальное открытие, преведшее к понимаю того, что возможны процессы с выделением гигантского количестваа энергии в России родились два великих ученых, работа и открытия которых способствовали «приручению» этой энергии. Речь конечно идет об Игоре Васильевиче Курчатове и Анатолии Петровиче Александрове, чье 120-летие мы празднуем в этом году.