Летом революционного 1789 года Клапрот в Берлине выделил из смоляной обманки новый элемент и назвал его именем самой удаленной от Солнца планеты Уран. Он придает столовому стеклу, флаконам и вазам в преуспевающем ныне стиле модерн типичные желто-зеленые тона всех оттенков - от насыщенного янтарно-желтого до темного яблочно-зеленого. И вот, по прошествии более чем ста лет, Мария Кюри явно выходит на след еще одного неизвестного элемента в смоляной обманке. Какой триумф после четырех месяцев работы. Она пока не может предъявить его в виде материальной субстанции, ибо его существование в этой горной породе мимолётнее, чем дуновение ветра. Но она уверена, что скоро и эта материя, видимая и весомая, захрустит в ее лабораторной ступке.
Вот она стоит в лаборатории вместе со своим мужем. Пьер Кюри приостановил свою работу над кристаллами, чтобы помочь Марии в поисках нового элемента. С оптимизмом пионеров они жертвенно отнимают от сокровища смоляной обманки несметные сто граммов для кропотливого дела растворения, выделения и очистки минерала. Семь недель спустя Мария Кюри уже умеет отделять свою гипотетическую материю от всех прочих веществ, содержащихся в смоляной обманке. Под конец опытов они с Пьером так наловчились применять огонь и сероводород, что проба излучала в триста раз сильнее, чем уран. И с каждой следующей степенью очистки радиоактивность продолжала нарастать. Тут были отринуты последние сомнения.
Восемнадцатого июля 1898 года Академия наук в Париже получает статью супружеской пары Кюри под заголовком "О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке". В тридцать один год Мария Кюри считает новый химический элемент самым значительным открытием своей жизни и называет его в честь своей родины "полонием". Но смоляная обманка припасла для нее еще больший сюрприз, чреватый далеко идущими последствиями. После выделения полония у нее осталось небольшое количество легкого металла бария. И он тоже проявляет значительное радиоактивное излучение. Значит, в тускло-сером веществе должна быть скрыта еще одна неведомая радиоактивная субстанция.
А супруги Кюри что-то стали необъяснимо быстро уставать, работая с лучистыми веществами, и им приходится бороться со странной летаргией. Кроме того, Пьер жалуется с некоторых пор на боли в конечностях. Эти боли он принимает за ревматизм, тогда как Марии причиняют муки потрескавшиеся, воспаленные кончики пальцев. Они оба явно нуждаются в перерыве для отдыха. И их лабораторные журналы остаются нераскрытыми до одиннадцатого ноября. Видный химик Эжен Демарсе помогает им до Рождества сделать так называемую спектроскопию нового вещества. Каждому химическому элементу соответствует собственная характерная спектральная линия. Она представляет собой свет, который исходит от разогретых атомов этого элемента, и является, так сказать, неповторимым отпечатком пальца этого особого изотопа. Вот над этим однозначным доказательством существования нового элемента и работает Демарсе. Он наносит крошечную пробу вещества на электроды, через которые пропускает электрическую искру. Так ему удается сфотографировать спектр искры вещества. На этой фотографии он находит спектральную линию, которую нельзя отнести ни к одному из известных элементов. После каждого последующего шага очистки неизвестная спектральная линия видна все отчетливее.
И таким образом удачливое трио двадцать шестого декабря представляет академии очередную работу. В ней они называют новый радиоактивный элемент "радием". Он излучает в девятьсот раз сильнее, чем уран, но, кажется, обладает еще гораздо большим потенциалом радиоактивности. Правда, дальнейшая очистка и рафинирование радия невозможна, поскольку Кюри без остатка израсходовали весь свой запас смоляной обманки. Благодаря хорошим отношениям с венским геологом профессором Эдуардом Зюсом им перепадает сто килограммов смоляной обманки, которую предоставляет государственная урановая фабрика в богемском Санкт-Йоахимстале, щедро не выставив за нее счета.
Лучший из чуланов, в котором до сих пор работала исследовательская пара, новым требованиям отвечать уже не может. Им нужно больше места, и они получают разрешение использовать бывший анатомический зал школы. Мария Кюри так описывает свой сарай: "Стеклянная крыша протекала во время дождя. Летом часто бывало жарко и душно; зимой раскаленная печь приносила одно разочарование. У самой печи было нестерпимо жарко, а в нескольких шагах от нее можно было замерзнуть". Дочь Ева рассказывает о собственноручно помеченных местах на рабочем столе и на полу, куда сквозь худую крышу попадал дождь. На эти места нельзя было ставить аппаратуру. Из-за "вредных газов", которые из чулана невозможно было выветрить, большая часть работ и без того проводилась в маленьком внутреннем дворике. Знаменитый химик Вильгельм Оствальд, однажды посетив лабораторию, принял все это за дурную шутку - "помесь хлева с картофельным подвалом".
Вот мадам Кюри стоит перед своим чугунным чаном и стоически перемешивает дымящуюся жидкость железной палкой, длиной с ее собственный рост. В продолжительной череде всегда одних и тех же действий она измельчает материал, растворяет его в теплой соляной кислоте и сероводороде, тщетно пытаясь уклониться от ядовитых паров, фильтрует, очищает и кристаллизует лучистый бульон. Это еще и борьба с угольной и железной пылью, постоянно задувающей со двора, которая все равно то и дело загрязняет тщательно оберегаемые на столах сосуды для кристаллизации, губя тем самым работу многих часов, а то и дней. К этому времени Мария и Пьер Кюри уже знают, что и ста килограммов смоляной обманки в качестве исходного материала слишком мало, чтобы выделить достаточное количество радия для определения его атомного веса. Приходится мыслить в промышленных масштабах. В процесс кристаллизации надо ввести самое меньшее тонну. Они находят промышленного партнера - Научный центр химической продукции, который готов взять на себя тяжелую работу сепарации. В качестве ответной услуги парижская химическая фабрика просит во временное пользование лишь капельку радия, чтобы представить его на Всемирной выставке 1900 года в Париже.
Некогда славный своим изобилием серебра богемский горняцкий город Санкт-Йоахимсталь теперь принадлежит к двуглаво-орлиной Австро-Венгерской монархии. Урановая фабрика вот уже пятьдесят лет обогащает смоляную обманку, которая до открытия Клапрота шла в отвал. Теперь из измельченной руды здесь выделяют все соединения урана и перерабатывают в красители для местных стекольных фабрик и фарфоровых мануфактур. Лишенные урана отходы, считающиеся пустыми, в свою очередь, десятилетиями сбрасываются в протекающую мимо фабрики речку. С недавнего времени, однако, эти так называемые хвосты стали копить в сосновом лесу за территорией фабрики - к счастью для Кюри, поскольку, с их точки зрения, эта куча отвала на краю леса - настоящее лучистое сокровище, которое содержит радий и полоний. Помимо того, йоахимстальцы считали трудоемкий процесс выделения урана уже пропащим делом. Поэтому 150 франков за тонну плюс транспортные расходы - приемлемая цена. Тяжелые мешки, которые вскоре выгрузят во дворе Школы физики в Париже, содержат коричневый порошок, из которого сплошь торчат сосновые шишки и хвоя.
Времена своей первопроходческой работы по очистке радия в неприглядной и пронизанной сквозняками лаборатории Мария Кюри воспринимает как счастливую пору. Иногда, не желая прерывать важный опыт, она даже варит обед в своей облученной кухне. А радий в составе твердых солей излучает в пять миллионов раз сильнее, чем уран. И уж разумеется, супруги Кюри совсем не принимали во внимание то, что все лабораторные предметы, с которыми соприкасался высокоактивный радий, тоже становились радиоактивными и оставляли на фотопластинках, свои тени сквозь черную бумагу. "Пыль, комнатный воздух, одежда - всё радиоактивно. ...Бедствие настолько обострилось, что мы больше не можем держать в изолированном состоянии ни один прибор". Когда лаборатория облучена до такой степени, измерения становятся недостоверными и их приходится проводить где-то в другом месте.
Но оба умеют извлечь из этого эффекта и нечто позитивное. Ведь чем больше радий приближается к своей чистой форме, тем сильнее становится его спонтанное свечение. И вскоре это становится любимым "развлечением" пары, по выражению Марии. Поздним вечером еще раз заглянуть в лабораторию, чтобы побаловать себя фантастическим зрелищем: "Повсюду виднелись слабо светящиеся очертания пробирок и мешочков, в которых находились наши препараты. Вид и впрямь был великолепный, всякий раз он казался нам новым. Тлеющие трубки походили на волшебные огоньки".
Научный мир Германии почти не принял к сведению работу Кюри даже по прошествии года с открытия радия. Лишь некоторые одиночки - такие, как Юлиус Эльстер и Ганс Гейтель, - идут по следам Кюри. Они принимают участие и в рассуждениях о причинах излучения. Так, Мария Кюри летом 1898 года подозревает, что радиоактивные элементы единственные в периодической системе могут абсорбировать космические лучи из Вселенной и превращать их в наблюдаемое излучение. Для проверки этой теории так называемого вторичного излучения Эльстер и Гейтель спускаются в шахту под Клаусталем в Гарце на глубину 850 метров, имея при себе урановый препарат. Они исходят из того, что слои земли и горных пород должны абсорбировать космическое излучение, так что на такой глубине оно уже не будет поддаваться измерению. Однако они обнаруживают, что и там уран излучает с такой же силой, как у входа в шахту. Так они приходят к заключению, что космические лучи в качестве причины радиоактивности "в высшей степени неправдоподобны". Сама Мария Кюри тоже принимает во внимание эксперимент немцев и оценивает его как опровержение теории вторичного космического излучения.
В начале 1899 года истинное решение уже носится в воздухе. На одном заседании Брауншвейгского общества естественных наук 19 января 1899 года Эльстер и Гейтель докладывают о своих исследованиях в области радиоактивности и становятся на следующую - удивительную - точку зрения: "...приходится делать вывод, что источник энергии заключен скорее в самих атомах этих элементов. Мысль близка к тому, что атом радиоактивного элемента переходит из нестабильной связи в стабильное состояние путем отдачи энергии". При этом они впервые указывают не только на атомарный источник излучения, но и на возможность распада атома в качестве объяснения излучения. Эта теза вскоре будет точно разработана Эрнестом Резерфордом и Фредериком Содди в Монреале. К кругу исследователей в земле Брауншвейг принадлежит и зубной врач Отто Валькхофф, который уже через две недели после новаторской публикации Рёнтгена сделал снимки своих челюстей при помощи X-лучей, тем самым впервые продемонстрировав терапевтическое использование новооткрытого излучения в стоматологии. Однако в центре внимания, без сомнения, оказывается профессор Фридрих Гизель, ведущий химик Брауншвейгской хининовой фабрики Бухлера. Он разрабатывает хитрый метод отделения радия, который ведет к успеху гораздо быстрее, чем метод очистки Марии Кюри. Гизель оживленно переписывается с супружеской парой парижских ученых. Они посылают друг другу по почте препараты высокой радиоактивности и обмениваются результатами исследований. Для своей фирмы он специализируется на коммерческом производстве препаратов радия, чтобы удовлетворить спрос, постепенно растущий в лабораториях.
Уже в 1896 году, когда весь мир бросился к X-лучам, а открытие Беккереля игнорировалось, Гизель использовал собственное излучение урановой руды, чтобы запечатлеть на фотопластинке изображение лягушки. Сходство отображающей способности лучей Рёнтгена и Беккереля наводит его на вопрос, а не сопоставимо ли и физиологическое действие обоих видов лучей. Имея дело с лучами Рёнтгена четыре года, радиологи и конструкторы аппаратов уже знают об опасности передозировки для здоровья. Они работают над мерами защиты, чтобы уменьшить силу лучей. Ведь случаи затяжных недугов, а то и вовсе тяжелых ожогов со смертельными последствиями заметно поубавили рентгеновскую эйфорию среди физиков и медиков. Никто не знает точно, какая доза облучения может считаться допустимой.
Неустрашимый зубной врач Отто Валькхофф тоже, конечно, осведомлен о вредном воздействии рентгеновских лучей, когда осенью 1900 года отваживается на первый задокументированный опыт с радиоактивностью на себе самом. Для этого Гизель предоставляет в его распоряжение 0,2 грамма своего препарата радия. Может быть, надеялся Валькхофф, этот способ облучения тоже пригодится в терапии. Он кладет препарат, заключив его в целлулоидную капсулу, на свое предплечье и дважды облучает его по 20 минут, после чего его кожа воспаляется. Фридрих Гизель, который каждый день соприкасается в лаборатории с радием, недоумевает, однако принимает вызов Валькхоффа и повторяет опыт, слегка повысив дозу. Чтобы действовать наверняка, он дает капсуле пролежать на внутренней поверхности плеча сразу два часа. Через две недели он получает "очень сильное воспаление кожи с пигментацией на упомянутом, точно очерченном месте; за воспалением последовало образование пузырей и отторжение верхнего слоя кожи, как при ожоге, после чего наступило заживление". Полтора года спустя на этом месте все еще виден шрам. И волосы на этом месте больше не растут. Этот феномен должен был бы вообще-то напомнить ему о собственных ранних опытах с X-лучами, когда он страстно добивался лучшего изображения на рентгеновских снимках, и у его девятилетнего сына Фрица выпали волосы после бессчетных просвечиваний черепа.
В Париже отчеты Валькхоффа и Гизеля воспринимаются с воодушевлением и тут же со спортивным азартом побиваются более сильными козырями. Если Гизель положил себе два часа облучения, то Пьер Кюри не станет мелочиться и взвинтит свой рекорд до испепеляющих десяти часов. С возникшей после этого раной пришлось повозиться гораздо больше, чем со сравнительно безобидным ожогом немца. Пострадавшая поверхность кожи тщательно обмеряется, дням воспаления ведется счет, в дело идут перевязки, а рана, похоже, въелась глубоко в мякоть, поскольку "приобретает серый оттенок", что с удовлетворением отмечает Кюри. Вскоре и Анри Беккерель описывает собственный опыт со сходными ожогами кожи после того, как слишком долго носил в кармане пиджака капсулу с радием. Раны демонстрируются с известной гордостью экспериментаторов - поскольку оптимизм пока что перевешивает опасения: исследователи надеются, что наблюдаемый эффект однажды приведет к лучевой терапии рака и кожных лишаев.
Гизель уже превратился в радийного дервиша до такой степени, что обрыскал в поисках жертвы весь дом и сад. Комнатные растения его жены после короткого облучения радием приобретают осенние цвета и гибнут. Он разрушает - именем науки - всхожесть цветочных семян и целенаправленно истребляет хлорофилл всех зеленых организмов, какие попадаются на пути ему и его капсуле радия.
Беззаботное обращение и ежедневный контакт со все более чистым и все сильнее излучающим препаратом радия превращают пионеров в живые источники излучения. Всё, к чему они прикасаются, становится радиоактивным. Записные книжки Марии и Пьера Кюри и в XXI веке всё еще заражены радиоактивностью так сильно, что их приходится держать в свинцовом ящике. Также в письма и документы из наследия Гизеля можно заглянуть лишь с соблюдением противолучевых защитных предписаний. Летом 1904 года немецкий знаток радия предоставляет самого себя в качестве подопытной персоны для одного очень специфического опыта своих друзей Эльстера и Гейтеля. Экспериментаторы исходят из следующих соображений: поскольку радий непрерывно испускает радиоактивный инертный газ радон, Гизель после шести лет работы со своими препаратами должен был настолько пропитаться радоном, что его дыхание могло стать электропроводным и поддающимся на сей счет измерению. Они велят ему надышать воздуха под колокол аппарата, и тот действительно показывает наличие электрического заряда, намного превышающего средние значения. Одну щекотливую деталь их испытания Эльстер и Гейтель стыдливо спроваживают в мелкий шрифт сноски: "И моча подопытного (220 куб. см), если пропускать через нее воздух, отдавала ему такое количество эманации, что его электропроводность в семь раз превышала нормальную".
Ладони Фридриха Гизеля теперь постоянно воспалены. На коже образуются чешуйки, а кончики пальцев затвердевают. Неумеренные опыты над собой проводятся из научного любопытства и в осознании того, что пионерам приходится и рисковать. Мария и Пьер Кюри поначалу тоже не думают о вредном воздействии полученного облучения. Весной 1903 года Мария работает в лучистом сарае ничуть не меньше обычного, хотя она снова беременна. Даже после выкидыша ей все еще невдомек, что гибель ее дочери с высокой степенью вероятности связана с радиационным облучением. Ведь оно с легкостью разрушает как раз клетки в процессе деления - а это клеточное состояние естественно для эмбриона.
Глава 2. Атомное ядро
Сенсационные обстоятельства добычи радия, сообщения о магическом свечении нового элемента и не в последнюю очередь вручение Нобелевской премии 1903 года по физике Анри Беккерелю и супружеской паре Кюри выносят славу парижских ученых, исследующих радиоактивность, далеко за рамки специализированных научных журналов. Однако в сообществе физиков бурно обсуждается в первую очередь одно весьма специфическое, необъяснимое свойство радия. Кусок угля за короткое время сжигает всю свою тепловую энергию. Остается лишь щепотка остывшей золы. И динамит или порох выпрастывают свою энергию в одном сильном взрыве, не оставляя никакого отхода, пригодного для использования. У радия все иначе. С его излучением явно связано постоянное тепловыделение. Оно в двадцать тысяч раз превышает энергию, которая выделяется с теплотой химической реакции при молекулярных превращениях. Вот уже три года Фридрих Гизель, будучи единственным производителем радия, снабжает из Брауншвейга ученых всего мира пробами бромида радия в количествах, подходящих для лабораторных исследований. К радости ученых он не использует свою мировую монополию для получения выгоды. Он щедро дает препараты напрокат, а то и просто дарит. Все это время французы, немцы, англичане и американцы в один голос подтверждают, что излучение высокорадиоактивного элемента не убывает. Он отдает свою энергию непрерывно и равномерно, одними и теми же порциями изо дня в день, из года в год. И конца этому не видно. Пьер и Мария Кюри хотя и принимают излучение за атомарное свойство, но не могут объяснить источник энергии, загадочно дремлющей в глубине материи.