Реализация этой простой идеи наталкивалась на огромные технические трудности, связанные прежде всего с тем, что плотность частиц в ускоренном пучке ничтожно мала и вероятность столкновения частиц встречных пучков значительно меньше вероятности столкновения пуль, выпущенных навстречу друг другу из двух далеких друг от друга пулеметов. Для того чтобы ускоритель на встречных пучках стал действительно полезным экспериментальным устройствам, пришлось создать специальные накопители ускоренных частиц и найти способы резкого уплотнения пучков. Все это позволило нашим ученым создать уникальные ускорители со сравнительно небольшими затратами средств.
За создание ускорителей на встречных пучках академик Г. И. Будкер, член-корреспондент АН СССР А. А. Наумов и трое сотрудников Института ядерной физики Сибирского отделения Академии наук СССР были удостоены Ленинской премии за 1966 г.
ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Периодическая система природных элементов, как известно, обрывается на 92-м члене. Самым тяжелым природным элементом является уран. Ни на Земле, ни в приходящих из космоса метеоритах никто не находил каких-либо заметных следов более тяжелых элементов. Но почему?
Чем тяжелее элемент, тем больше протонов в его ядрах, тем меньше прочность ядер. Действительно, все элементы конца Периодической системы являются неустойчивыми. Они радиоактивны и превращаются друг в друга в цепочке последовательных α- и β-распадов. Если бы в природе и были элементы более тяжелые, чем уран, то они несомненно распались бы полностью за те несколько миллиардов лет, которые Земля уже успела прожить. Проведенные подсчеты показывают, что среди элементов с Z>92 практически нет таких, которые могли бы сохраниться за столь долгие сроки.
Но нельзя ли искусственно продлить периодическую систему, получить «заурановые» элементы? Оказывается, что это вполне возможно.
Первые трансурановые элементы — нептуний и плутоний — были получены американцами в 1940 г. при бомбардировке урана нейтронами и дейтонами. В дальнейшем основным средством создания трансурановых элементов стал специальный циклотрон, производящий мощные пучки α-частиц и более тяжелых ядер. Первыми построили такой циклотрон американцы. Им удалось продлить Периодическую систему до 101-го элемента, который они назвали менделевием в честь великого русского химика, творца Периодической системы.
Затем в эту работу включились шведы, построившие специальный циклотрон в Нобелевском институте в Стокгольме.
Вскоре за создание трансурановых элементов взялась группа советских физиков во главе с членом-корреспондентом АН СССР Георгием Николаевичем Флеровым. В 1961 г. они ввели в строй в Дубне наиболее совершенный циклотрон для ускорения атомных ядер легких элементов.
К этому времени сначала шведы, а за ними и американцы сообщили о получении первых изотопов 102-го элемента, который решено было назвать нобелием. Правда, вскоре американцы показали, что шведские опыты недостоверны. Но в справедливости американских данных по изотопу 102-го элемента с массой 254 никто не сомневался.
В 1963 г. группа Г. Н. Флерова получила изотоп 102-го элемента с массой 256 и убедилась, что его свойства, предсказанные на основе американских данных об изотопе этого же элемента с массой 254, не соответствуют действительности. Тогда наши ученые совместно с работающими в Дубне чешскими радиохимиками решили проверить все сначала. За три года упорных исследований ими были созданы пять изотопов 102-го элемента. При этом оказалось, что никаких изотопов со свойствами, якобы обнаруженными в работах шведов и американцев, у 102-го элемента нет. Таким образом, этот элемент является первым трансурановым элементом, созданным советскими физиками.
В 1966 г. группа Флерова сумела даже определить химические свойства 102-го элемента, что несомненно является одной из труднейших задач, так как здесь ученые имели дело всего с несколькими атомами, распадающимися в течение нескольких секунд, да к тому же находящимися среди множества атомов соседних элементов с весьма близкими химическими свойствами (они образуют ряд актинидов, стоящий в III группе Периодической системы). Эта задача была блестяще решена с помощью сверхчувствительного экспрессного метода газовой радиохимии, разработанного в Дубне. Советские физики предложили назвать 102-й элемент в честь Фредерика Жолио-Кюри.
Одновременно с этими работами группа Флерова провела блестящие исследования, завершившиеся созданием самого тяжелого из трансурановых элементов — 104-го. (Незадолго перед этим американцы получили 103-й элемент, который они назвали лауренсием в честь создателя циклотрона американского физика Лауренса). Чтобы хоть немного представить себе трудность создания 104-го элемента, достаточно сказать, что в среднем в экспериментах в течение часа возникает всего лишь один его атом, к тому же исчезающий через 0,3 секунды! Тем не менее удалось разными методами детально изучить физические и химические характеристики нового элемента и получить совершенно идентичные данные. По предложению Г. Н. Флерова этот элемент назван курчатовием в честь академика И. В. Курчатова.
За создание двух новых трансурановых элементов группе сотрудников Объединенного института ядерных исследований во главе с Г. Н. Флеровым присуждена Ленинская премия за 1966 г.
Работы по созданию новых элементов имеют большое научное значение. Дело в том, что физики знают сегодня о существовании примерно 1500 устойчивых и радиоактивных изотопов, изучение которых требует создания новых теоретических представлений о систематике изотопов, позволяющей надежно предсказывать их основные характеристики. А это, в свою очередь, углубляет наши знания о строении атомных ядер и природе ядерных сил. Синтез трансуранов является своеобразным «пробным камнем» для различных вариантов теории. Кроме того, некоторые из трансурановых элементов уже нашли полезное практическое применение.
УПРАВЛЯЕМЫЕ ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
Неуправляемые термоядерные реакции происходят при взрывах водородных бомб. Они приводят к высвобождению громадного количества ядерной энергии, сопровождающемуся крайне разрушительным взрывом. Теперь задача ученых — найти пути осуществления контролируемой термоядерной реакции. По-видимому, это одна из величайших научных проблем, поставленных человечеством. Ее решение открывает необозримые энергетические возможности, превращая воду всех морей и океанов в отличное ядерное топливо. Если управляемый термоядерный синтез будет технически реализован в больших масштабах, будущие поколения смогут черпать из океана энергию, запасов которой хватит на громадный срок. Даже самые мрачные из современных мальтузианцев, предсказывающих все более печальное будущее бурно возрастающему населению Земли, вынуждены признать, что существует луч надежды, ведь энергетика — это основа материального благосостояния, а ресурсы ее, с учетом термоядерного топлива, чрезвычайно велики. Но эта энергия может быть получена лишь после того, как мы научимся нагревать до огромных температур довольно большие количества легких ядер и удерживать их в таком необычном состоянии на протяжении заметных интервалов времени.
Энергия, освобождаемая в ходе термоядерной реакции, возникает в результате работы ядерных сил, а они, как мы знаем, чрезвычайно короткодействующие. Для осуществления какого-либо термоядерного синтеза, например реакции