Возникла задача: узнать, как делятся изотопы под действием нейтронов разных энергий. Для этой работы Курчатов объединил Г. Н. Флерова с Константином Антоновичем Петржаком.
К. А. Петржак в 1934 году еще студентом начал работать в радиевом институте. Когда в институт пришел Игорь Васильевич, он «соблазнил» Петржака ядерной физикой.
Дипломный проект, выполненный под руководством Игоря Васильевича, Петржак заканчивал в ноябре 1936 года. До сдачи оставалось сутки, а Игорь Васильевич был еще на юге, в отпуске. Как только он приехал, Петржак — к нему, обеспокоенный. Игорь Васильевич посмотрел полученные материалы.
— Ну что ж, все в порядке. Результат есть. Готовьте объяснительную записку и приезжайте ко мне.
— Но я напишу лишь часам к пяти утра.
— Тогда и приезжайте.
Петржак ошибся на час. В четыре он уже звонил в квартиру Курчатова. Игорь Васильевич провел его в кабинет, не торопясь прочел записку, подправил.
— Ну вот, я же говорил, что успеете, — улыбнулся он на прощанье и крепко пожал студенту руку.
Игорь Васильевич объединил Петржака и Флерова в одну «упряжку», хотя работали они в разных институтах. Содружество оказалось плодотворным. Они дополняли друг друга в характерах, в экспериментаторском искусстве, а вместе обладали неистощимым терпением, удвоенной способностью к анализу, которые так необходимы настоящим исследователям.
Еще раньше Флеров в содружестве с Таней Никитинской, очень миловидной, бесконечно преданной физике аспиранткой, построил ионизационную камеру высокой для того времени чувствительности для регистрации тяжелых частиц.
Ее и решил Флеров применить в совместных опытах с Петрскаком. Для определения порога деления урана-238 камеру соединили с усилителем, настроенным таким образом, что на ионизацию от альфа-частиц он не реагировал. Зато импульсы от осколков, намного превышающие по величине импульсы от альфа-частиц, отпирали входную лампу и их считало механическое реле. Флеров, Никитинская и Петржак по совету И. В. Курчатова приняли все меры к повышению чувствительности метода. Для этого они резко увеличили рабочую поверхность окиси урана. Здесь очень помог принцип многослойности, который используется в конденсаторах и в... слоеных булочках. Было взято вместо обычных двух пятнадцать пластин общей площадью в 1000 квадратных сантиметров. Пластины расположили на расстоянии 3 миллиметров друг от друга, на каждый квадратный сантиметр их площади приходилось 10—20 миллиграммов окиси урана. Другие, в том числе и зарубежные ученые, применяли аналогичные схемы, но брали всего две пластины диаметром 30 миллиметров.
Много потрудились молодые исследователи над улучшением радиотехнической схемы установки. Ламповые устройства тогда делали лишь первые шаги, усилители приходилось собирать самим, лампы подвешивали на резинках, чтобы избежать микрофонного эффекта, который хорошо проявлялся при легких постукиваниях пальцем по лампе. Как вспоминает Георгий Николаевич Флеров, в комнате надо было молчать, чтобы звуковые колебания не влияли на измерения. Усилитель разместили на демпфере — двух кругах резины и специальной плите. Держался он на этом демпфере неустойчиво. От сотрясения однажды упал даже на пол. Пришлось снова проверять схему и только потом ставить на демпфер. И все же усилитель реагировал на посторонние шумы, например, на прохождение трамвая. Поэтому измерения проводили ночью, когда на улицах затихало движение.
В результате всех принятых мер чувствительность камеры получилась в 30—40 раз большей, чем чувствительность камер всех, кто до них ставил такие опыты. Усилитель имел хорошую разрешающую способность.
В первую же ночь, когда уединившиеся в радиевом институте Флеров и Петржак начали наблюдения, они испытали горькое разочарование. Перед тем как начать опыты, непосредственно ведущие к определению порогового значения энергии нейтронов, вызывающих деление ядер урана-238, они решили убедиться, нет ли фона. И убедились, что такой фон есть. При полном отсутствии источника нейтронов их чувствительная камера фиксировала осколки деления! Примерно шесть делений в час. Было отчего всполошиться! Несмотря на позднее время, решили позвонить Игорю Васильевичу:
— Все идет шиворот-навыворот, — говорил Флеров, — откуда-то взялся фон... Работа срывается...
— Теперь только работа и начинается, — возразил Курчатов, — продолжайте наблюдения.
Утром, еще до начала занятий в институте, он стремительно вошел в лабораторию. Флеров и Петржак сразу же стали говорить о своем беспокойстве — этот фон сорвет-таки все намеченные сроки исследований.
Игорь Васильевич жестом остановил их, попросил:
— Дайте-ка результаты наблюдений.
Он внимательно просмотрел зафиксированные отсчеты и, отдавая листок, как-то даже торжественно заговорил:
— Нужно бросить все и заниматься только этим фоном. Если самопроизвольно вылетают из урана осколки, если действительно они вылетают, то это, друзья, открытие.Такое у человека редко бывает в жизни. Все побоку — нет ничего сейчас для вас важнее!
Тут же в ученической тетрадке Игорь Васильевич своим убористым почерком на трех страницах перечислил, что могло вызвать фон. Если это было не деление урана, то какой другой посторонний процесс мог вызвать ложный эффект? Он выделил основное:
1. Прием внешних колебаний усилителем (чувствовала же схема прохождение трамвая!).
2. Наложение импульсов от отдельных альфа-частиц (одна не в силах вызвать срабатывание реле, а если происходит наложение импульсов?).
3. Наличие областей газового усиления в отдельных местах камеры.
4. Проявление случайных разрядов на поверхности окиси урана.
Выполняя эту программу доказательства от противного, Флеров и Петржак делали опыт за опытом. Постепенно отпадали одно предположение за другим.
Чтобы ослабить подозрение на воздействие посторонних частиц, решено было из радиевого института переехать в физико-технический, где излучений было явно меньше. Переехали, начали наблюдения.
Наблюдения были очень утомительными. Реле давало лишь шесть отсчетов в час. Сиди не отвлекайся, жди их... А вдруг все это фикция и никакого самопроизвольного деления урана нет и не было?
И вот как-то ночью реле замолчало. Импульсов нет и нет. Одну ночь, другую... Все «косточки» усилителя проверены, все исправно, а сигналов об осколках нет! Ребята помрачнели, осунулись. Игорь Васильевич заходил, ничего не спрашивал, чтобы не волновать и без того расстроенных исследователей. Заглядывал в дверь их комнаты глубокой ночью, сам видел, что ничего обнадеживающего у них пока нет. И так долгих две недели, пока Флеров и Петржак не добрались до пластин камеры, на которые был нанесен слой окиси урана. При тряске он нарушился и постепенно осыпался. Вот она, причина! Снова обмазали пластины, трясущимися от волнения руками включили приборы. Даже в те долгие ночи, кажется, меньше беспокоились, чем в эти несколько минут до первого импульса. Есть импульс! Теперь уже не оставалось никаких сомнений: самопроизвольное деление существует в уране!
Но они не хотели делать поспешных выводов. И, следуя программе Курчатова, продолжали доказательства от противного. Кстати, временное молчание приборов натолкнуло их на мысль зафиксировать, что с пластинами без окиси урана эффекта нет. Они еще пять часов просидели в ожидании с пустыми пластинами, но так ничего и не дождались. Значит, импульсы, записали они, «обусловлены наличием окиси урана на пластинах камеры, а не приемом внешних колебаний».
Чтобы отвергнуть предположение о возможности наложения импульсов от альфа-частиц, они ввели в камеру эманацию тория в таком количестве, которое давало бы интенсивное излучение альфа-частиц и вызывало бы ионизационный ток, вдвое больший, чем от альфа-частиц самого урана. Но это отнюдь не приводило к срабатыванию реле. Значит, регистрация случайного совпадения большого количества альфа-частиц была исключена.
Из этого же опыта Флеров и Петржак сделали вывод и о том, что в камере не было областей газового усиления. Активный осадок должен был равномерно распределяться по пластинам камеры. Будь такие области, добавление эманации тория привело бы к увеличению числа импульсов. А этого не произошло.
