четверг, 11 февраля 2010 г.

Отто Ган


Отто Ган (8 марта 1879 — 28 июля 1968) — немецкий химик, учёный-новатор в области радиохимии, открывший ядерную изомерию и расщепление урана. Получил Нобелевскую премию по химии за 1944 год. Гленн Сиборг назвал его «отцом ядерной химии».
Отто Ган родился 8 марта 1879 года во Франкфурте-на-Майне, в семье стекольщика и предпринимателя Генриха Гана (1845—1922) и его жены Шарлотты Ган (1845—1905). Отто и его старшие братья Карл, Гейнер и Юлиус росли в достатке и любви. К 15 годам Отто проявил интерес к химии и проводил в прачечной несложные химические опыты. Его отец, достигший благосостояния благодаря своим новаторским идеям, усердию и экономности и построивший несколько жилых домов и офисных зданий, видел в сыне архитектора. Однако он не стал возражать, узнав, что его сын Отто выбрал карьеру промышленного химика.

После окончания школы во Франкфурте-на-Майне Ган в 1897 году начал изучать в Марбургском университете химию и минералогию. В качестве второстепенных предметов он изучал физику и философию. Третий и четвёртый семестр Ган провел у Адольфа фон Байера в Мюнхенском университете. Своё университетское образование Отто Ган закончил в 1901 году, выполнив у профессора Т. Цинке диссертационную работу по органической химии «О дериватах изоевгенола, содержащих бром». По окончании годичной службы в армии в 1902 г. Ган начал научно-педагогическую деятельность в качестве лекционного ассистента у того же Цинке. Работу в области радиохимии он начал более или менее случайно. Директор одной химической фирмы обратился к профессору Цинке с просьбой порекомендовать ему молодого химика, которого фирма в случае необходимости могла бы командировать за границу. Соответственно, искомый кандидат должен был бы уже немного владеть по крайней мере одним иностранным языком, а для усовершенствования проработать примерно полгода в какой-нибудь заграничной лаборатории. Профессор Цинке порекомендовал Гана и содействовал тому, чтобы его в свою лабораторию в Университетском колледже Лондона принял Уильям Рамзай.

Уильям Рамзай предложил Гану поработать в области химии радиоэлементов, и Ган согласился, впрочем, честно сознавшись, что он ничего о них не знает. Первая задача состояла в выделении радия из образца хлористого бария, в котором, по мнению Рамзая, должно было содержаться 10 мг радия, и в последующем точном определении атомного веса радия. Однако соль бария, которую Рамзай дал Гану, была получена не из уранового минерала, а из минерала, содержавшего уран и торий. При фракционировании этой соли Ган обнаружил, кроме радия, новое радиоактивное вещество, впоследствии распознанное как изотоп тория 228Th. Он назвал его радиоторием, так как в то время ещё не существовало понятие изотопа.

После этого первого успеха Ган серьёзно заинтересовался радиохимией и, желая получить основательные знания и навыки в этой новой увлекательной области, отправился осенью 1905 г. в канадский Монреаль, где работал в то время уже прославившийся Эрнест Резерфорд. Резерфорд сначала отнёсся скептически к открытию Гана. Причиной тому было отрицательное отношение к работе Гана одного из друзей Резерфорда, известного американского радиохимика Б. Болтвуда, и общее недоверие к работам в области радиоактивности, выходившим из лаборатории Рамзая. По поводу открытия Ганом радиотория Болтвуд прямо писал Резерфорду: «Новый элемент доктора Гана, по-видимому, представляет собой новое соединение тория X и глупости». Однако Гану не только удалось убедить Резерфорда и Болтвуда в реальности существования радиотория, но и открыть ещё три новых короткоживущих радиоэлемента — радиоактиний, радий D и торий С.

Летом 1906 г. Ган вернулся в Германию и стал сотрудником Эмиля Фишера в Берлинском Университете, где ему была предоставлена собственная лаборатория с крайне примитивной аппаратурой. Там Ган открыл промежуточный продукт распада между торием и радиоторием и назвал его мезоторием (впоследствии оказалось, что этот продукт является смесью двух веществ — мезотория I (228Ra) и мезотория II (228Ac). Также он открыл там изотоп тория 230Th, который он назвал ионием. Открытие мезотория I (228Ra) имело практическое значение, так как его время полураспада составляет 5,5 лет (по современным данным 5,75 года), ввиду чего препарат, отделённый от тория, сохранял достаточную активность по крайней мере в течение 10 лет. По этой причине мезоторий, стоимость которого при одинаковой активности была вдвое ниже стоимости ранее используемого радия (226Ra, радий Кюри), с успехом применялся в медицинских учреждениях. За открытие мезотория I Адольф фон Байер в 1922 г. в первый раз выдвинул кандидатуру Отто Гана на Нобелевскую премию по химии.

В 1907 г. Ган защитил в Берлине докторскую диссертацию и получил право работать профессором. Одновременно началась совместная работа Отто Гана с австрийским физиком Лизой Мейтнер, получившей физическое образование в Вене и приехавшей в Берлин прослушать курс теоретической физики у Макса Планка. Эта работа, продолжавшаяся в течение 30 лет, принесла много важных результатов и сделала этих двух учёных близкими друзьями. Для Лизы Мейтнер работа проходила вначале в трудных условиях: она вынуждена была поместить свою установку в столярной мастерской в подвале здания химического института университета, так как директор института, знаменитый химик Эмиль Фишер, не нашёл возможным разрешить женщине работать в его институте. Однако важные результаты, полученные благодаря совместной работе химика Отто Гана и физика Лизы Мейтнер, быстро обеспечили им такой авторитет, что, когда в 1912 г. был организован так называемый Химический институт имени кайзера Вильгельма, в нём был создан для них специальный отдел, носивший название «Отдел Гана — Мейтнер». В 1909 году Ган и Мейтнер нашли и правильно интерпретировали открытый в 1904 г. (но тогда неправильно интерпретированный) Гарриет Брукс эффект радиоактивной отдачи. В дальнейшем Ган и Мейтнер открыли с помощью созданного ими «метода радиоактивной отдачи» несколько новых радиоактивных веществ. В 1910 году Ган получил профессуру, а в 1912 году он возглавил отделение радиоактивных веществ в Химическом институте имени кайзера Вильгельма в берлинском районе Далем (сегодня корпус Отто Гана Свободного университета Берлина). С 1928 по 1946 годы он был директором этого института. В 1924 году Ган стал полноправным членом Прусской Академии Наук (по предложению Эйнштейна, Габера, Планка, Шленка и фон Лауэ).

В июне 1911 года Отто Ган познакомился в Щецине со студенткой факультета искусства Эдит Юнгганс, на которой он женился 22 марта 1913 года. Свадьба состоялась в Щецине, родном городе Эдит, где её отец юрист Пауль Юнгганс занимал пост президента городского парламента вплоть до своей ранней смерти в 1915 году. В 1922 году у Отто и Эдит Ган родился сын Ханно. Он был их единственным ребёнком и стал признанным историком искусства и архитектуроведом в Библиотеке Герциана в Риме. Ханно Ган и его жена и ассистентка Ильза Ган погибли в 1960 году во время поездки по Франции. Их сыну Дитриху Гану было в то время 14 лет. В память о них в 1990 была учреждена«Премия имени Ханно и Ильзы Ган за выдающиеся заслуги в области итальянской истории искусств», которая раз в два года присуждается молодым учёным Библиотекой Герциана в Риме.

Во время Первой мировой войны Гана мобилизовали. Он попал в спецподразделение Фрица Габера по химическому оружию. Задачей этого спецподразделения была разработка, тестирование и производство отравляющих газов, которые потом использовались в военных целях. Однако ещё во время войны, в декабре 1916 года Гана перевели назад в Берлин, где он продолжил свою прежнюю работу. В 1917-1918 годах Гану и Мейтнер удалось изолировать долгоживущее радиоактивное вещество. Они назвали его прото-актинием. Это вещество оказалось элементом с порядковым номером 91 и получило в 1949 году официальное название протактиний.

В феврале 1921 года Ган опубликовал первое сообщение об открытии урана Z. Это было открытием ядерной изомерии, которая была на тот момент не объяснима, но впоследствии оказалась существенной для ядерной физики. Только в 1936 году Карлу Фридриху фон Вайцзеккеруудалось теоретически объяснить этот феномен. За это открытие, полное значение которого некоторые всё же понимали, кандидатура Гана во второй раз была выдвинута (в том числе Максом Планком) на Нобелевскую премию по химии.

В 1920-х годах Отто Ган разработал метод применения радиоизотопов в химии, включая выращивание кристаллов и использование меченых атомов в химических реакциях и создал тем самым новую область химии — прикладную радиохимию, которая использует радиоэлементы для решения проблем общей и физической химии. В 1936 году вышла его книга с названием «Applied Radiochemistry» (Прикладная радиохимия) на английском языке (позже она вышла и по-русски), которая содержит собрание лекций, прочитанных Ганом в Корнелльском Университете в городе Итака штата Нью Йорк в США. «В середине тридцатых годов, а также несколькими годами позже при работе с плутонием его книга „Applied Radiochemistry“ была моей Библией», — сказал Глен Теодор Сиборг, президент комиссии США по ядерной энергии в 1966 году.

Отто Ган вместе с Лизой Мейтнер и Фрицем Штрассманом продолжили работу, начатую в 1934 году итальянским физиком Энрико Ферми, обстреливавшим уран нейтронами. До1938 года предположение Ферми о том, что при этом образуются элементы с порядковым номером больше 92, так называемые трансураны, было общепризнанным. Распад тяжёлых ядер на более лёгкие элементы считался невозможным.

В марте 1938 года Гану пришлось расстаться с Лизой Мейтнер. Из-за своего еврейского происхождения после аншлюса Австрии она лишилась австрийского гражданства и 13 июля 1938 года с помощью Гана нелегально эмигрировала через Голландию в Швецию. Другого еврейского учёного, Вильгельма Траубе, Гану не удалось спасти. Траубе изготовил органическую соль, с помощью которой Ган в своём самом знаменитом эксперименте по расщеплению ядра доказал образование бария.

Когда Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году при поиске трансуранов облучали уран нейтронами, они нашли следы бария. 17 декабря 1938 года они провели решающий опыт — знаменитое фракционирование радия, бария и мезотория, на основании которого Ган заключил, что ядро урана «лопается», распадаясь на более лёгкие элементы. Так было открыто расщепление ядра. Результаты опытов Гана и Штрассмана, опубликованные 6 января 1939 года, послужили неопровержимым доказательством распада урана на более лёгкие элементы. Расчёт задействованных в этой ядерной реакции энергий подтвердил результаты, полученные экспериментальным путём. Сделав это открытие, Ган немедленно проинформировал Мейтнер, которая вместе со своим племянником Отто Робертом Фришем уже 11 февраля 1939 года опубликовала теоретическое физическое обоснование в английском журнале «Nature». В этой публикации Фриш ввёл в дальнейшем интернационально признанный термин «англ. nuclear fission» (расщепление ядра).

«Открытие расщепления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом стало началом новой эпохи в истории человечества. Научное достижение, лежавшее в основе этого открытия, потому кажется мне столь необыкновенным, что оно было достигнуто чисто химическим путём, без всяческой теоретической наводки», — писала позжеЛиза Мейтнер. В телевизионном интервью она дополнила: «Это удалось с помощью необычайно хорошей, просто фантастически хорошей, химической работы Гана и Штрассмана, на которую в те времена больше никто не был способен. Позже американцы научились. Но тогда Ган и Штрассман были действительно единственными, потому что они были столь хорошими химиками. Они действительно с помощью химии открыли и доказали физический процесс». А Штрассман ответил, уточняя:«Профессор Мейтнер сказала, что наш успех — результат химии. Тут я должен немного поправить. Ведь химия всего лишь сделала возможным разделение и добычу отдельных веществ, но не их точное опознание. Чтобы это сделать, необходим был метод профессора Гана. Так что это его заслуга».

Во время Второй мировой войны Ган работал вместе с Борном, Флюгге, Гётте, Зеельман-Эггебертом и Штрассманом над реакциями расщепления урана. До 1945 года Ган успел создать список, состоящий из 25 обнаруженных элементов и примерно 100 изотопов.

Отто Ган и его жена Эдит всегда были противниками фашизма. Они своим решительным поведением спасли многих сотрудников института, находившихся в опасности или подвергавшихся преследованию, от призыва на фронт или даже от депортации. Уже в начале 1934 г. Ган из протеста против увольнения еврейских коллег, в особенности Лизы Мейтнер, вышел из профессорско-преподавательского состава Берлинского университета.

В конце войны в 1945 году Ган был арестован в Таильфингене (ныне в составе Альбштадта) спецподразделением АЛСОС. Его интернировали вместе с другими девятью немецкими физиками, в том числе Максом фон Лауэ, В. К. Гейзенбергом и К. Ф. фон Вайцзеккером в английский Фарм-Холл, неподалёку от Кембриджа. Там немецкие учёные узнали о ядерных бомбардировкахв Хиросимы и Нагасаки. Отто Ган был на грани отчаянья: из-за своего открытия расщепления ядра он чувствовал себя ответственным за смерть и страдания сотен тысяч японцев. В начале января 1946 года немецким учёным разрешили вернуться в Германию.

Комментариев нет:

Отправить комментарий