3. Ядерные реакции с протонами

В 1933 г. Курчатов уделял много внимания сооружению высоковольтного ускорителя протонов, который предполагалось использовать для изучения ядерных реакций. Главным его помощником в этой работе был Г. Я. Щепкин. Основу ускорителя составлял каскадный генератор на 500 кэВ (по типу генератора Кокрофта и Уолтона). Как свидетельствует А. К. Вальтер [73, с. 154], ускоритель, построенный в ЛФТИ, отличался компактностью, достигнутой благодаря остроумному размещению отдельных элементов и применению кенотронов с очень малым током накала, изготовленных по специальному заказу ЛФТИ на заводе "Светлана". Нити накала кенотронов питались от аккумуляторов. Для этой установки Курчатов и Щепкин собрали секционированную дисковую вакуумную трубку на 350 кВ. Конструкция трубки была разработана в Украинском ФТИ А. К. Вальтером и К. Д. Синельниковым совместно с И. В. Курчатовым и Г. Я. Щепкиным [86, с. 98, 99]. Источником протонов служила газоразрядная трубка с просверленным катодом. С помощью этой установки Курчатов с сотрудниками выполнили две работы [87,88].

Имеются сведения о том, что Курчатов обдумывал вопрос о возможности альтернативного способа питания вакуумной трубки - с помощью электростатического генератора. По его просьбе 15 декабря 1933 г. А. Ф. Иоффе написал письмо преподавателю физики в Ленинградском электротехническом институте им. Ульянова (Ленина) С. И. Покровскому, в котором он писал: "К Вам уже обращался от моего имени зав. отделом снабжения Института... с просьбой предоставить Институту во временное пользование мощную электростатическую машину.

Я предполагал использовать ее в качестве питающего разрядную трубку устройства в установке по изучению атомного ядра (проф. Д. А. Рожанский говорил мне, что машина может при 50 кВ дать до 5 мА тока).

Работать с машиной буду я сам и мой ассистент И. В. Курчатов, опытный экспериментатор, проработавший в институте ... 8 лет и выполнивший уже до 40 различных исследований".^*

^* (Архив ЛФТИ, ф. 3, оп. 1, д. 25, л. 65.)

По-видимому, по каким-то причинам попытки использования этой машины в дальнейшем не предпринимались.

Самое первое исследование Курчатова в области ядерной физики [87] было опубликовано в марте 1934 г. Целью его было получение некоторых данных об энергетическом балансе ядерной реакции В+р. Для этого изучались γ-лучи, возникающие в этой реакции. Для их регистрации использовался самодельный счетчик Гайгера-Мюллера, причем в качестве устройства для счета импульсов к нему был подключен струнный электрометр. Энергия γ-квантов, грубо оцененная по их поглощению в свинце, оказалась равной ~2 МэВ. Авторы пришли к заключению, что новые данные не противоречат выдвинутому ранее предположению о расщеплении бора на три α-частицы.

Вторая работа с протонным пучком была опубликована в том же году [88]. Рассмотрим предварительно содержание примыкающей к ней статьи Курчатова и Синельникова [89], в которой анализируются все имеющиеся в литературе данные, порой противоречивые, о механизме реакции Li+p. В работе [89] авторы убедительно показали: многие аргументы свидетельствуют в пользу бегло высказанного ранее группой Резерфорда предположения о том, что идет реакция ⁶Li +¹Н→⁴Не+³Не (изотоп ⁶Li содержится в натуральной литиевой мишени в количестве ~7%). Поскольку, однако, легкий изотоп гелия (³Не) не был известен среди стабильных нуклидов, возник вопрос, по является ли он радиоактивным. Предположение о его радиоактивности равносильно допущению, что масса 3Не больше массы 3Н, так что должен происходить распад ³Не → ³Н с испусканием позитрона. Решению этого вопроса и была посвящена работа [88], в которой предпринималась попытка найти позитронную активность, возникающую в литиевой мишени при бомбардировке ее протонами. Мишень из Li²О облучалась протонами с энергией до 350 кэВ. В двух вариантах опыта исследовалась β - активность мишени: спустя ~15 с после конца облучения или во время облучения (один из ранних примеров поиска радиоактивности в режиме "на пучке"). Авторы пришли к выводу, что ядро ³Не либо устойчиво, либо является долгоживущим, с периодом позитронной активности свыше 3 лет.

Вопрос об изобарах ³Н-³Не был надежно решен только в 1939 г. Установлено, что ³Н (тритий) - радиоактивен, а 3Не является устойчивым ядром. По современным данным, содержание гелия-3 в природном атмосферном гелии составляет ~1.3⋅10^-4%.^*

^* (В рассматриваемой работе содержится следующая любопытная фраза: "Одна из возможностей распада 3Не путем захвата электрона уже обсуждалась нами ранее" [88, с. 545]. Нам не удалось установить, в какой работе авторы рассмотрели этот вопрос. Однако цитированные слова свидетельствуют о том, что возможность радиоактивного превращения путем захвата ядром орбитального электрона обсуждалась физиками еще до опубликования в 1935 г. первого расчета вероятности такого процесса [90].)