Резерфорд наполнил свою камеру азотом и продолжал наблюдения. Снова на экране появлялись вспышки, но совсем не похожие на те, что вызываются альфа-частицами.
Значит, это были другие частицы.
Ученый провел тщательные и многочисленные опыты и установил, что эти непонятные частицы — протоны, ядра атома водорода.
Так обстояло дело на практике. Процесс нужно было объяснить теоретически.
И Резерфорд рассуждал:
Мы имеем ядро азота. Его можно обозначить, как 7N14, где цифра 7 показывает заряд ядра азота, а цифра 14 — атомный вес. Если в ядро азота попадает альфа-частица, то, по-видимому, образуется новое ядро, обозначаемое через X.
Так как альфа-частица имеет заряд, равный двум, и вес, равный четырем, то можно записать «составное» ядро символом 9X18. И если при опыте обнаруживаются протоны, они могут испускаться только этим составным ядром. В итоге получается новое ядро; обозначим его через 8Y17, потому что протон имеет заряд, равный единице, и вес, равный единице. Ядро 8Y17 не может быть ничем иным, как ядром атома кислорода 8O17.
Итак, при бомбардировке азота альфа-частицами образуется кислород. Происходит искусственное превращение элементов.
Вторым важнейшим шагом в развитии ядерной химии было открытие искусственной радиоактивности.
Это явление связано с именами супругов Ирэн и Фредерика Жолио-Кюри — представителей второго поколения Кюри.
Так же, как и Резерфорд, супруги Жолио-Кюри пытались в 1933 году провести реакцию превращения элементов. «Мишенью» они избрали металлический алюминий 13Al27. «Снарядами» служили альфа-частицы ядра гелия — 2He4, испускаемые сильно радиоактивным элементом полонием. Если реакция превращения элементов будет иметь место, то получится изотоп фосфора 15P30. Если также учесть, что алюминий во время облучения испускает нейтроны 0n1, то ядерную реакцию можно записать так:
13Al27 + 2He4→0n1 + 15P30.
Все, казалось бы, просто. Но неожиданно обнаруживается удивительная вещь: сама пластинка алюминия становится источником излучения. Оно не прекращается даже в отсутствие препарата полония.
Супруги Кюри тщательно исследовали характер неизвестного излучения и выяснили, что оно является потоком позитронов. Позитрон представляет собой частицу, аналогичную электрону, но имеющую положительный заряд (e+). Эта частица была открыта двумя годами раньше американцем Андерсоном в космических лучах.
Таким образом, рассуждали супруги Кюри, изотоп фосфора 15P30 оказывается радиоактивным и, испуская позитроны, превращается в стабильный изотоп кремния 14Si30. Иными словами:
15P30 – e+→4Si30.
Это предположение было подтверждено химическими методами.
Так человек нашел пути к получению искусственных радиоактивных изотопов.
Таким образом, в основе ядерных реакций, процессов ядерной химии, лежат изменения атомного ядра.
Конечным продуктом ядерной реакции может быть изотоп другого элемента (или других элементов) или другой изотоп того же элемента. Кроме того, в результате реакции могут получаться вторичные элементарные частицы (например, протон, дейтрон и другие) или испускаться гамма-лучи.
Для того чтобы ядерная реакция осуществилась, требуется несколько условий. Во-первых, нужно располагать бомбардирующими частицами, своеобразными ядерными «агентами», «снарядами». Одни из них альфа-частицы — их применили в своих опытах Резерфорд и супруги Кюри.
Кроме альфа-частиц, в качестве «снарядов» используются протоны (1p1), дейтроны (ядра «тяжелого» изотопа водорода 1d2) и нейтроны 0n1). Ядерные реакции могут вызываться также действием гамма-лучей. Эти элементарные частицы не трудно получить. В качестве источника альфа-частиц служат некоторые сильно радиоактивные элементы, например полоний, радий. Нейтронным источником оказывается смесь солей радия и бериллия: альфа-частицы, испускаемые радием, выбивают нейтроны из ядер бериллия.
Тип бомбардирующих частиц имеет огромное значение для ядерных реакций. В зависимости от того, какая частица (альфа-частица, дейтрон, протон или нейтрон) выбрана в качестве «снаряда», меняется сам характер ядерной реакции и ее конечный результат.