Відкриття Х-променів та радіоактивності: український внесок, всесвітня спадщина

Чи здогадувались вчені, відкриваючи радіоактивні елементи, до чого це може призвести в майбутньому?…

Відкриття радіоактивності принесло людству чимало користі. Дослідження процесів розпаду атомного ядра важливе не лише для практичних цілей в енергетиці, медицині, сучасних технологіях, але й для пізнання таємниць ще глибших рівнів структури Всесвіту: властивостей нейтрино, підтвердження існування деяких гіпотетичних частинок, природи темної матерії тощо.

Разом із користю відкриття штучних радіоактивних ізотопів принесло людству ще й чималої шкоди. Після жахіть Хіросіми та Нагасакі сприйняття атомної енергії змінилось і не на краще. Промова «Атом заради миру» Девіда Ейзенхауера 1953 року мала свої результати – у світі з’явилося Міжнародне агентство з атомної енергії (МАГАТЕ). Однак перегонів озброєнь, як і становлення ядерного клубу, це не спинило.

Хто насправді стояв у витоків, якою є роль українських вчених і не тільки – у сьогоднішньому матеріалі від редакції вебсайту Uatom.org.

Відкриття Х-променів: Пулюй, Рентген

У 1875 році шляхи уродженця Тернопільщини Івана Пулюя та німця за походженням Вільгельма Рентгена перетнулися. Разом вони працювали в лабораторії Страсбурзького університету під керівництвом професора Августа Кундта. Будучи однолітками, Пулюй та Рентген друзями не стали, хоча після Страсбурга періодично обмінювались листами, в яких ділилися результатами своїх досліджень. Івана Пулюя цікавили процеси, пов’язані з Х-променями на атомно-молекулярному рівні. Рентгену була добре відома лампа Пулюя, завдяки якій ці невидимі для людського ока промені можна було побачити.

8 листопада 1895 року в лабораторії при Вюрцбурзькому університеті Вільгельм Рентген залишився допізна. Вчений помітив, що фотоматеріали, які лежали поруч з трубкою Гітторфа, упаковані у світлонепроникний папір, виявилися незрозумілим чином засвіченими. Звичайна людина викинула б їх, проте Рентген захотів з’ясувати причину незрозумілого явища. Він усвідомив, що від вакуумних трубок, дійсно, виходять невидимі промені. Сім тижнів практично наодинці науковець досліджував їх ефект. І ось 28 грудня 1895 року він виступив з першим повідомленням про своє відкриття перед вюрцбурзьким фізико-математичним товариством.

Про реакцію Івана Пулюя дізнатися можна зі спогадів його сина: «…Батько прочитав звістку про відкриття Рентгена, лежачи в ліжку. Зірвавшись з ліжка і обхопивши голову руками, він раз від разу вигукував: «Моя лампа! Моя лампа!». Він надіслав Рентгену листа з проханням відповісти, чи використовувалась його лампа у експериментах. На що відповіді так і не одержав. Коли Рентгену вручали Нобелівську премію в 1901 році, він усіляко ухилявся від пояснення природи свого відкриття».

Чому ж тоді Нобелівську премію одержав Рентген, а не Пулюй?… Як вже мовилось, формальним приводом для цього стало те, що німецький фізик першим опублікував інформацію про відкриття променів. Але чи не найточніше на це питання відповів у спілкуванні з Іваном Пулюєм видатний фізик, славнозвісний Альберт Ейнштейн: «Що сталося – не змінити. Хай залишається при Вас сатисфакція, що й Ви вклали свою частку в епохальне відкриття. Хіба цього мало? А якщо на тверезу голову, то все має логіку. Хто стоїть за Вами, русинами, – яка культура, які акції? Прикро Вам це слухати, але куди дінешся від своєї долі? А за Рентгеном – уся Європа». На що Пулюй відповів: «Що має статися – станеться і те, що відбудеться – буде найкращим, адже на все те воля Божа».

Відкриття радіоактивних елементів: Беккерель, подружжя Кюрі та інші

Після відкриття рентгенівських променів французький математик Анрі Пуанкаре висунув гіпотезу, що випускання цих променів пов’язане з флуоресценцією. Перевіряючи це припущення, французький фізик Антуан Беккерель розпочав низку експериментів із сірчистим цинком і сірчистим кальцієм за однаковою методикою. Усі вони не увінчалися успіхом. І тому Беккерель вирішив перевірити гіпотезу Пуанкаре, використовуючи найбільш сильно фосфоресціюючі матеріали – солі урану. В результаті – 1 березня 1896 року вчений встановив, що ізольовані від дії світла фотопластинки, які знаходяться у контакті з солями урану, засвічуються. Традиційно цю дату вважають відкриттям радіоактивності. Цікаво відмітити, що про це явище у 1858 році та у 1867 році повідомляли французькі винахідники Жозеф Ньєпс та Абель Ньєпс де Сент-Віктор відповідно. Проте їх спостереження не стали відкриттям та були забуті.

Зображення фотопластини Беккереля, яка була засвічена випромінюванням солей урану. Ясно видно тінь металевого мальтійського хреста, поміщеного між пластинкою і сіллю урану

Чим більше експериментів проводив Беккерель, тим більше переконувався, що ефект «засвічування» викликаний невідомим випромінюванням, яке проходить крізь непрозорі тіла. Було очевидно, якщо ці промені випромінюють солі урану в темряві, то, звісно, жодного зв’язку між явищем фосфоресценції і рентгенівським випромінюванням немає. Для підтвердження цього висновку науковець перевіряє, як впливають інші уранові сполуки на фотопластинки. Й, зрештою, 18 травня 1896 року, використовуючи металічний уран, одержаний французьким хіміком Анрі Пуассоном, Беккерель експериментально доводить, що носієм «уранових променів» є безпосередньо уран. Вчені зіткнулись з невідомою раніше властивістю атомів цього елемента постійно і незмінно виділяти енергію.

Роль домішок у фосфоресціюючих речовинах турбувала Беккереля. Тож він запропонував молодому французькому вченому П’єру Кюрі перевірити, чи немає домішок у цих речовинах. Дружина П’єра Марія Склодовська-Кюрі, зацікавившись глибоко проникаючим випромінюванням, здатним іонізувати повітря та засвічувати фотопластинку, вирішила обрати це явище темою своєї докторської дисертації. Науковиця почала з’ясовувати, чи не володіють домішки сполук урану його властивістю випромінювати «промені Беккереля» (пізніше, у 1898 році, вона йменує їх «радіоактивними», запровадивши термін «радіоактивність» у вжиток), а також чи немає інших невідомих елементів, які мають таку властивість.

Для розв’язання поставленого завдання метод фотопластинок був непридатний, адже вимагав багато часу, тому для вимірювання електропровідності повітря Марія Кюрі використовувала п’єзоелектричний кварцовий балансир братів Кюрі. Було досліджено багато природних сполук, які не містили урану, та виявлено, що речовини з вмістом торію також мають випромінюючу здатність. До цього результату одночасно і незалежно прийшли у 1898 році П’єр і Марія Кюрі та німецький вчений Герт Шмідт.

Після дослідження інших речовин Марії Кюрі довелося повернутися до сполук урану. Опорним джерелом випромінювання було обрано металічний уран. У результаті – з’ясовано, що два уранових мінерали (хальколіт і уранова смолка) мають більш інтенсивне випромінювання, ніж металічний уран. Отже, ці мінерали містили ще якусь невідому речовину, якій був притаманний вищий рівень радіоактивності.

У 1898 році Марія Кюрі повідомила про результати своїх експериментів Французькій академії наук. Переконаний у тому, що гіпотеза його дружини не тільки правильна, але й вкрай важлива, П’єр Кюрі залишив власні досліди, щоб допомогти Марії виділити невловимий елемент. З цього часу інтереси подружжя Кюрі як дослідників злилися настільки, що навіть у своїх лабораторних записах вони завжди використовували займенник «ми». Для перевірки гіпотези був виготовлений штучний хальколіт із таким вмістом урану, який відповідав природному складу. Виявилось, що активність штучного хальколіту у декілька разів вища, ніж природного. Отже, природний містив новий радіоактивний елемент, активність якого вища, ніж металічного урану. П’єр і Марія запропонували назвати цей елемент полонієм на честь Польщі, батьківщини Марії Склодовської-Кюрі. Це сталося 18 липня 1898 року. Також під час цього дослідження було застосовано новий метод «мічених атомів». Пізніше полоній був виділений із хальколіту.

28 грудня 1898 року подружжя Кюрі відкрило новий радіоактивний елемент: власними руками з восьми тонн ураніту вони одержали перший у світі грам радію. Запатентувати ж методику і закріпити права на промислову технологію його виробництва подружжя Кюрі відмовилось, вважаючи, що це «суперечить духу науки». Двадцять років потому Марія Кюрі напише: «За моєї згоди П’єр відмовився здобувати матеріальну вигоду з нашого відкриття. Ми вирішили не патентувати методику і, нічого не приховуючи, оприлюднили результати наших досліджень, а також способи одержання радію. Більш того, всім зацікавленим надавали необхідні роз’яснення. Разом з П’єром ми були прибічниками того, аби виробництво радію вільно розвивалося, спочатку у Франції, а потім і за кордоном, тож постачали вчених та лікарів продуктами, яких вони потребували».

Марія і П’єр Кюрі у своїй паризькій лабораторії (до 1907 року)

У червні 1903 року Марія Кюрі захищає докторську дисертацію, цього ж року спільно зі своїм чоловіком та Анрі Беккерелем отримує Нобелівську премію й стає першою жінкою в історії, удостоєною цієї високої відзнаки.

Беккерелю вдалося зробити ще одне значне відкриття в атомній фізиці. Якось перед публічною лекцією він попросив у подружжя Кюрі радіоактивну речовину й пробірку поклав собі у нагрудну кишеню. Після лекції – повернув речовину власникам. Й потому – виявив на шкірі значне почервоніння у формі пробірки. Беккерель розповів про це П’єру Кюрі, той же вирішив провести на собі дослід: протягом десяти годин він носив прив’язану до передпліччя пробірку з радієм. Через кілька днів – у нього також з’явилося почервоніння, яке з часом перетворилось у серйозну виразку. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.

Щодо подружжя Кюрі – після трагічної загибелі П’єра у 1906 році, Марія посіла посаду професорки на кафедрі фізики в Сорбонні й продовжила роботу над отриманням чистого радію. Разом з Анрі Деб’єрном їй це вдалося зробити у 1910 році, й вже в 1911-му – вона серед лауреатів Нобелівської премії з хімії. У 1918 році під її керівництвом було відкрито Інститут радію при Паризькому університеті. Цей Інститут став одним зі світових центрів з радіохімії та ядерної фізики.

Марія Склодовська-Кюрі за кермом мобільної рентгенівської установки

Після відкриття радію у 1898 році інші радіоактивні елементи почали «з’являтися» один за одним. У 1899 році Анрі Деб’єрн відкрив актиній, а в 1900-му Фрідріх Дорн – радон. У 1902-му – Резерфорд спільно з Фредеріком Содді опублікував теорію радіоактивного розпаду атомів. У період з 1905 по 1912 роки дослідження продуктів розпаду урану, торію та актинію дозволили Содді запровадити у вжиток поняття ізотопу. До 20-х років XX століття було відкрито близько 40 природних радіоактивних елементів, встановлено генетичний зв’язок між ними й ідентифіковано три види радіоактивного випромінювання: : α-, β-, γ-промені.

Дослідження рентгенівських променів та радіоактивних елементів на території України

В Україні дослідження рентгенівських променів були проведені відразу після їх відкриття. У 1896 році в науковій літературі з’явилось чимало повідомлень про досліди з іонізуючим випромінюванням, проведені в університетах Києва, Одеси, Харкова.

Серед перших дослідників рентгенівських променів – професор Одеського університету Микола Пильчиков. Використовуючи трубку Івана Пулюя, Пильчиков відкрив цілу низку незнаних властивостей невидимих променів. Він знайшов спосіб скоротити тривалість експозиції до 2-х секунд. То була найкоротша експозиція у світі. Миколу Пильчикова вважають основоположником рентгенографії та рентгенології в Україні, під його керівництвом у 1896 році почалося практичне застосування рентгенодіагностики в Одеських лікарнях.

Одним із перших, хто повною мірою усвідомив силу, приховану в атомному ядрі, був український науковець, геолог, природознавець, засновник геохімії, біохімії та радіогеології, вчення про біосферу, ноосферу й космізм, а також один із засновників Національної академії наук України Володимир Вернадський. У 1909 році він дійшов до ідеї ланцюгової реакції і ядерного синтезу та зрозумів, що радіоактивні елементи містять в собі величезну енергію, яку найближчим часом можна буде видобувати на благо людства.

Євген Бурксер

У 1910 році за ініціативи талановитого геохіміка і радіолога Євгена Бурксера була створена перша радіологічна лабораторія в Одесі. З 1911 року в лабораторії почали проводити дослідження радіоактивності води, мулу, гірських порід та природних об’єктів Одеських лиманів. У 1912 році під керівництвом Євгена Бурксера була організована перша експедиція на Кавказ. Її мета – дослідити радіоактивність мінеральних джерел та природних об’єктів Грузії та Абхазії. За результатами експедиції науковець зробив доповідь на «Тринадцятому з’їзді натуралістів та лікарів», після чого було ухвалене рішення визнати важливість наукової діяльності Одеської радіологічної лабораторії й усіляко сприяти проведенню нею подальших досліджень. У 1912 році в лабораторії був побудований перший в Одесі еманатор для приготування радіоактивної води, яку використовували для дослідів та профілактики онкологічних захворювань. А вже у 1915 році – самостійно виділяли радій з відходів ферганської уранової руди.

Володимир Вернадський високо цінував роботу Євгена Бурксера та Одеської радіологічної лабораторії. У 1915 році під редакцією вченого були видані «Праці радієвої експедиції», один із томів яких – підготовлений Бурксером та присвячений дослідженням Одеської радіологічної лабораторії.

З 1917 року лабораторія займалась вивченням радону. А в 1921-му – на її базі був створений Інститут прикладної хімії та радіології, який у 1925-му трансформувався у Хіміко-радіологічний інститут під керівництвом Євгена Бурксера. Це була перша в Україні велика науково-дослідна установа, що вивчала радіоактивні елементи та пов’язані з ними дослідження.

Після першого повідомлення про відкриття рентгенівських променів, професор Київського політехнічного інституту Георгій Де-Метц повторив експерименти німецького вченого, провівши низку дослідів щодо впливу іонізуючого випромінювання на живі організми та неживі об’єкти. В лютому 1896 року науковець опублікував статтю «Рентгенівські промені та їх застосування у медицині», в якій описав свої дослідження з фотографіями. Георгію Де-Метцу вдалося отримати чіткі знімки жаби з зображенням внутрішніх органів. Він був переконаний, що рентгенівські промені можна застосовувати для діагностики та лікування людини.

Георгій Де-Метц

У березні 1896 року вийшла ще одна стаття науковця «Фотографія всередині трубки Crookesa», в якій йшлося про природу рентгенівських променів та їх здатність проникати у різні об’єкти, у тому числі й тканини живих організмів. На цьому вчений не зупинився й приступив досліджувати вплив магнітного поля на проникну здатність рентгенівських променів. Пізніше з’являється ще одна його публікація, «Радіоактивність та будова матерії», де описано низку дослідів з вивчення природної радіоактивності на препаратах з гінекологічної клініки Київського медичного інституту. В результаті Георгій Де-Метц дійшов висновку, що живі організми мають сталу низьку радіоактивність і не накопичують у своїх органах значної кількості радіоактивних елементів.

Цікавив Де-Метца також і радій, вчений проводив дослідження його вмісту у воді та флорі зі ставка Київського ботанічного саду. Накопичення радію ряскою – ось що було серед пріоритетних досліджень. За їх результатами науковець зробив висновок, що деякі види живої тканини здатні вбирати і навіть концентрувати радій з води та навколишнього середовища. Тому коливання радіоактивності того чи іншого організму залежить від умов його існування. Питанням радіоактивності Георгій Де-Метц присвятив багато років, неодноразово брав участь у наукових конференціях, найважливішими з яких були: Міжнародний конгрес з фізики в Парижі 1900 року, Міжнародний конгрес з радіології та електрики в Брюсселі 1910 року, З’їзд з вивчення виробничих сил народного господарства України у Харкові 1924 року, Радіологічний з’їзд в Одесі 1925 року та ін. Зроблена ним на з’їзді у Харкові доповідь «Про дослідження радіологічних багатств України» вийшла окремим виданням в Києві в 1925 році.

Пізніше, у 1931-му з’явилась фундаментальна стаття Де-Метца «Радіоактивність та будова матерії», в якій подано історичний екскурс розвитку вчення про радіоактивність, узагальнені знання про радіоактивні речовини, історичні відкриття Конрада Рентгена, Анрі Беккереля, Марії Складовської-Кюрі, П’єра Кюрі та інших видатних вчених. У цій роботі науковець проаналізував 68 різних уранових матеріалів й дійшов висновку, що радіоактивність тісно пов’язана з ураном та торієм і тому пошук джерел, багатих на радіоактивні речовини, треба спрямувати на уранові й торієві руди. Разом із тим, у статті Де-Метц описує картину географічного розподілу радіоактивних мінералів, найбагатших родовищ уранових руд.

Пошук радіоактивних елементів під час видобування урану в Україні

Історія відкриття родовищ урану в Україні розпочалася у 1944 році, коли при Українському геологічному управлінні спочатку було створено спеціальний ревізійний загін, а згодом – Центральну українську партію для пошуку радіоактивних елементів.

Під час вибору першочергових об’єктів для ревізії важливе значення мала ідея про зв’язок уранового зруднення відомих родовищ світу з гідротермальними процесами. Частина українських дослідників вважала, що утворення Криворізьких залізорудних родовищ пов’язане саме з цими процесами, тому на Криворіжжя й було скеровано перший ревізійний загін.

У квітні 1945 року фахівці Криворізького загону Центральної партії під час радіометричного обстеження гірничих виробок на Первомайському залізорудному родовищі (Північне Криворіжжя) встановили високу радіоактивність у метасоматично змінених амфібол-карбонат-магнетитових рудах. Контрольні хімічні аналізи підтвердили промисловий вміст урану в досліджених пробах. Таким чином було відкрите Первомайське родовище – перше велике уранове родовище на території України.

Тут, заради історичної справедливості, потрібно згадати геолога Йосипа Танатара, який ще до початку другої світової війни описав інтенсивні прояви лужного метасоматозу саме на тих ділянках, де було виявлено перші в СРСР промислові родовища урану. Автору досліджень, на жаль, не судилось закінчити цю роботу. З 1941-го – він перебував у німецькій окупації, а в 1945-му – його заарештували.

Для подальшого вивчення виявленого на Північному Криворіжжі уранового зруденіння у січні 1946 року була створена Первомайська геологорозвідувальна партія. Цього ж року під час вивчення керна старих (довоєнних) свердловин і радіометричного обстеження затоплених раніше гірничих виробок працівники партії відкрили Жовторіченське родовище урану.

Для розвідки Первомайського та Жовторіченського родовищ, а також пошуку нових об’єктів у цьому регіоні створили Криворізьку експедицію, у листопаді 1947 року – вона увійшла до складу Кіровської геологорозвідувальної експедиції СРСР. У результаті детальної розвідки – відкриті родовища були передані промисловості. Видобуток залізоуранових руд започаткував ще трест «Кривбасруда». Проте 1951 року було створено гірничозбагачувальний комбінат № 9 з видобутку й переробки уранових і залізних руд, який з часом перетворився на Східний гірничозбагачувальний комбінат (СхідГЗК) Міністерства середнього машинобудування СРСР.

Східний гірничозбагачувальний комбінат

На початку 1950-х років геологи встановили підвищену ураноносність у палеогенових буровугільних відкладах Дніпровського басейну (Дніпробасу). Приблизно в той самий час аномальні концентрації урану виявлено в палеозойських відкладах окраїн Донецького вугільного басейну, а урано-бітумне зруденіння розкрито супутніми пошуками в купольних структурах північно-західної частини Донбасу (Краснооскільське і Адамівське родовища).

З часом Кіровська експедиція у буровугільних відкладах Дніпробасу розвідала цілу серію родовищ інфільтраційного типу: Христофорівське, Первозванне, Петромихайлівське, Сурське і Девладівське. Проте всі вони виявились невеликими за запасами урану, тож були зараховані до позабалансових.

Пізніше, в процесі вивчення Девладівського родовища вчені з’ясували, що технологічні властивості руд сприяють високому вилученню урану слабким (3–5 %) розчином сірчаної кислоти. А отже, рудні поклади залягають у водопроникних породах у напірному водному горизонті, обмеженому водотривами. Це дало підставу 1957 року групі працівників Кіровської експедиції вперше в СРСР запропонувати метод підземного вилуговування уранових руд на місці їхнього залягання. Економічний ефект був очевидним – не потрібно було споруджувати кар’єри, які дуже дорого коштували, і проходити підземні гірничі виробки в нестійких, обводнених породах. Відкривалася можливість отримувати уран економічно рентабельним способом з родовищ, які раніше належали до позабалансових.

Однак знадобилося п’ять років, поки у 1962-му СхідГЗК почав проводити на Девладівському родовищі дослідницькі й натурні роботи з вилуговування урану. Як виявилось, результати перевищили всі сподівання: з 1965 по 1977 роки головні запаси родовища було вилучено зі значним економічним ефектом.

1962 року Кіровська експедиція відкриває на Побужжі нові родовища: Південне, Лозуватське, Калинівське. Техніко-економічні розрахунки засвідчили збитковість їх експлуатації. Того ж року були знайдені ще два родовища: Садове і Братське, які згодом визнали малими урановими об’єктами непромислового значення.

Аж зрештою, у 1964 році під час проведення радіометричного каротажу свердловини, яку для пошуків джерел водопостачання на південній околиці Кіровограда (нині Кропивницький) пробурила Південноукраїнська експедиція тресту «Київгеологія», була зафіксована потужність дози випромінювання – 2250 мкР/год. У пробах води з цієї свердловини вміст радону сягав 74 МБк/куб.м . У керні макроскопічно встановили прожилки уранових мінералів. Після радіометричного обстеження розміщених поблизу природних відслонень, колодязів та експлуатаційних свердловин на воду, – було виявлено урановий рудопрояв, названий Мічурінським. До середини січня 1965 року на об’єкті пробурено 56 свердловин, з яких 24 розкрили кондиційне уранове зруденіння. Рудопрояв був переведений до розряду родовищ.

У 1965 році було відкрите Північноконоплянське родовище, 1966-му – Західноконоплянське й Лелеківське, 1968-му – Северинське і Підгайцівське, 1970-му – Щорсівське, 1972-му – Центральне. Відкриття родовищ біля Кіровограда сприяло зміцненню сировинної бази урану СхідГЗК.

1974 року у межах Новокостянтинівської тектоно-метасоматичної зони картувальним бурінням виявили радіоактивний ореол. У 1976-му рудопрояв отримав статус родовища. В результаті детальної розвідки цей унікальний об’єкт визнано найбільшим не лише на території України, але й усієї Європи.

1979 року внаслідок реорганізації геологічної галузі, Кіровську експедицію було перетворено на Кіровське виробничо-геологічне об’єднання (ВГО «Кіровгеологія»).

Після Новокостянтинівського родовища на території Новоукраїнського масиву були відкриті: Лісове, Докучаївське, Літнє, Апрельське, Партизанське.

У 90-х роках обсяги геологорозвідувальних і пошукових робіт значно зменшились. За відсутності фінансування проводили лише дорозвідку та оцінку раніше виявлених родовищ і рудопроявів.

На початку 2000-х в Україні роботи тривали на чотирьох родовищах: Мічурінському й Центральному поблизу Кропивницького, Ватутінському в смт Смоліне і Новокостянтинівському, що знаходиться поміж Кропивницьким та смт Смоліне. На Мічурінському й Ватутінському родовищах запаси уранових руд – на межі вичерпання. Центральне інтенсивно розробляють, воно забезпечує виробничі потужності Інгульської шахти. На Новокостянтинівському – фронт добувних робіт тільки починає розгортатися. Добуту руду транспортуватимуть на переробку до Смолінської та Інгульської шахт доти, доки не буде збудована власна збагачувальна фабрика.

До війни видобуток природного урану в Україні складав близько 1000 т на рік, тобто 40 % від поточних потреб ядерної енергетики. Стратегічна мета уранової промисловості – забезпечення потреб вітчизняної ядерної енергетики природним ураном власного виробництва.

Ядерна зброя: внесок українців у дослідження ядерних реакцій

Батьком першої штучної ядерної реакції вважається Ернест Резерфорд. Ще у 1919 році йому вдалося перетворити ядро азоту на ядро кисню. З його дослідів почалися і атомна бомба, і «мирний атом». Проте мало хто знає, що українські науковці, які працювали у харківській лабораторії, зробили не менший внесок у дослідження ядерних реакцій.

У жовтні 1932 року в Харкові вдалося створити рукотворне науково-технічне диво. В Українському фізико-технічному інституті (нині – ННЦ «ХФТІ») було штучно розщеплене атомне ядро. Що власне трапилося?… Певною мірою це було схоже на здійснення блакитної мрії алхіміків: взяли одну речовину – на виході отримали іншу. Харківські вчені Кирило Синельников, Антон Вальтер, Олександр Лейпунський та Георгій Латишев «бомбардували» протонами на прискорювачі Ван-Граафа літій.

Чому це подвиг?… По-перше, на час експерименту сам УФТІ існував лише чотири роки (його засновано 1928-го). Явити світові такий видатний науковий результат за чотири роки існування — само собою нетривіально. По-друге, харків`яни всього кількома місяцями поступилися англійцям із Кавендіської лабораторії — учням Ернеста Резерфорда Джону Кокрофту й Ернесту Уолтону, які першими у світі штучно розщепили ядро. За цю роботу англійські вчені згодом були удостоєні Нобелівської премії в галузі фізики за 1951 рік.

По-третє, то були такі часи, що якби щось в експерименті пішло не так, то ані про цих чотирьох молодих людей, ані про членів їхніх родин уже б ніхто ніколи ніде не почув. Зникли б безслідно. Знадобилися мужність і непохитна впевненість у своїх знаннях, аби взятися за таку непересічну справу і впоратися з нею. Експеримент науковці проводили не самі. Це був дорогий проєкт державного масштабу. Крім науково-технічних розрахунків, слід було копати, вести зварювальні роботи. Потрібні були спеціальні матеріали. Але на цю справу радянська влада ресурсів не шкодувала.

Поруч із прискорювачем, на якому було розщеплене ядро. Другий зліва – Роберт Ван де Грааф (американський винахідник високовольтного генератора), інша справа – Кирило Синельников.

Зокрема, як тепер відомо, 1940 року вчені того ж таки УФТІ пропонували низку заявок на патенти: «Про використання урану як вибухової та отруйної речовини», «Спосіб приготування уранової суміші, збагаченої ураном з масовим числом 235. Багатовимірна центрифуга», «Термоциркуляційна центрифуга» тощо. Фактично, в цих патентах було викладено схему атомної зброї, яка згодом стала загальноприйнятою. Але тоді, попервах реакція на заявки була негативною: «Вона (заявка) в даний час не має реального фундаменту…. по суті, в ній дуже багато фантастичного…».

У тому експерименті українці були не першими, проте недооцінювати результатів штучного розщеплення атома не варто. Воно переконливо підтвердило ідеї та постулати квантової механіки. Наблизило людство до розуміння природних явищ, зокрема будови матерії. Відкрило еру прискорювачів у світовій науці. Сучасний Великий адронний колайдер у ЦЕРНі за масштабами (як лінійними, так і енергетичними) іде на багато кроків попереду, що дає йому можливість розв’язувати такі задачі, як відкриття Бозона Хіггса. Так от, колайдер є нащадком тієї машини, яку в далекому 1932 році створили в Харкові.

У післявоєнний час виробництво плутонію та ядерної зброї здійснювалось у Англії, Франції, Китаї та СРСР. У 40-х роках ХХ ст. були синтезовані америцій, кюрій, берклій, каліфорній. Ейнштейній та фермій були виявлені в коралах атола Еніветок після американського термоядерного вибуху. Менделєєвій був відкритий групою Глена Сиборга у кількості 17 атомів. Нобелій був синтезований одночасно в СРСР Георгієм Флеровим та Гленом Сиборгом у США. У 1961 році групі Сиборга вдалося добути лоуренсій, а Флерову – дубній. У нас час добуто елементи з порядковими номерами 105 – 112 (джоліотій, резерфордій, борій, ганій, мейтнерій, дармштадтій, рентгеній, коперніцій відповідно).

Сучасний стан досліджень радіоактивних елементів в Україні та світі

У світі у 2021 році вчені вперше змогли детально вивчити ейнштейній – один із найбільш невловимих та важких елементів періодичної таблиці.

Міністерство енергетики США відкрило ейнштейній у 1952 році під час випробування першої водневої бомби. Цей елемент не зустрічається у природі й може бути одержаний лише в мікроскопічних кількостях з використанням спеціалізованих ядерних реакторів. Його також важко відокремити від інших елементів, він надзвичайно радіоактивний та швидко розпадається, що значно ускладнює дослідження.

Вчені з Національної лабораторії Лоуренса Берклі в Каліфорнійському університеті нещодавно створили 233-нанограмових зразків чистого ейнштейнію й провели перші експерименти з 1970-х років.

Ейнштейній отримують шляхом бомбардування мішені, у даному випадку кюрія, нейтронами і протонами для створення більш важких елементів. Однак отримати його – це лише половина завдання. Наступна проблема – знайти місце для його зберігання.

Ейнштейній-254 має період напіврозпаду 276 днів. Розпадається він на берклій-250, що має дуже жорстке гамма-випромінювання. Дослідники з Лос-Аламоської національної лабораторії в Мексиці розробили спеціальний, надрукований на 3D-принтері тримач для зразків. Він захищає вчених у лабораторії від небезпечного випромінювання.

В Україні до війни дослідження в галузі ядерної та радіаційної фізики, реакторного матеріалознавства, фізики конденсованого стану виконувались на ядерно-фізичних установках Національної академії наук. Вони також використовувались для виробництва радіоізотопів для медицини та промисловості, радіаційної стерилізації, обробки напівпровідникових структур, вивчення наноструктур, збереження артефактів. Важливу роль ці установки відігравали для розв’язання завдань сучасної ядерної енергетики України, розробки реакторів майбутніх поколінь і термоядерних установок. Станом на сьогодні – усі установки НАН України зупинені й знаходяться у підкритичному стані. Персоналом ведуться роботи з контролю параметрів та підтримання їх у працездатному стані.

На базі Національного наукового центру «ХФТІ» у Харкові створювалась ядерна підкритична установка «Джерело нейтронів». Її основне призначення – проведення наукових і прикладних досліджень в області ядерної фізики, радіаційного матеріалознавства, біології, хімії та для виробництва радіоізотопів. У період з 6 березня 2022 року «Джерело нейтронів» з цинічною періодичністю обстрілюється військовими рф. За інформацією експлуатуючої організації, у результаті чергового обстрілу, ядерна установка зазнала значних пошкоджень, ймовірність нових може вплинути на стан ядерної та радіаційної безпеки.

Джерела:

  1. Михайло Сорока «Чудо-промені видатного українця»
  2. Видання «Цей день в історії». Матеріал «Відкриття радію»
  3. Оксана Майдебура «Перші радіобіологічні дослідження в Україні»
  4. Орися Микитюк та Олена Олар «Микола Пильчиков – видатний український винахідник»
  5. Іван Яценко «Володимир Вернадський і фізика»
  6. Світлана Плачкова «Пізнання й досвід – шлях до сучасної енергетики»
  7. Ігор Гірка «Науковий подвиг українців, про який мало хто знає»
  8. Микола Шаталов «Уран надр України: геохімія урану та історія створення мінерально-сировинної бази»
  9. Анатолій Бакаржієв та Олександр Лисенко «Історія створення сировинної бази урану України»
  10. Матеріли ННЦ «ХФТІ»

Редакція веб-сайту Uatom.org