ПОЛА КОРАКА ДО ФИСИЈЕ

Академику Павлу Савићу и Ирени Жолио-Кири замало је измакла Нобелова награда, можда само зато што нису изоставили други део једне реченцие! На неки начин, наш научник био је централна личност читаве сторије о фисији, зато што је углавном он изводио експерименте, а очигледно их је изводио педантно и до краја доследно. Када ћемо се овом великану одужити?

Проф. др Шћешан Миљанић

Када је прошао период изузетно великог радног и друштвеног, посебно на Београдском универзитету, где је био професор, и у Институту „Винча”, који је основао и низ година усмеравао, а то је било средином шездесетих, академик Павле Савић се почео занимати за једну област која, на први поглед, нема много везе с оним што је дотле радио.

То је понашање материјала под веома високим притисцима који се, захваљујући дејству силе гравитације, срећу, на пример, у средиштима небеских тела. Из овога је проистекла претпоставка о узроку настајања ротационог кретања у систему на који дејствује гравитационо привлачење, коју је он развијао с академиком Радивојем Кашанином.

Пре него што је основао Институт
„Винча”, поткрај Другог светског
рата, од 1944. до 1946. године, Павле
Савић је боравио у Совјетском Савезу.

Укратко: Гравитационо стезање је уперено ка тежишту тела, ту је компресија највећа, а температура највиша; топлота се одатле зрачењем емитује, услед чега се систем делимично хлади и скупља, а густина расте. „Због тога ће при стално растућој гравитацији, писао је Павле Савић, електрони бити истискивани из својих положаја у атомима. На тај начин истиснути електрони одлазе из атомâ у систем као слободне честице, а остају електропозитивни остаци атомâ. Ови услед тога имају магнетни момент. Према томе, истискивањем електрона из система, услед згушњавања система гравитационом компресијом и хлађењем, настају магнетни моменти, чији спрег ствара ротацију читавог система”.

С овим у вези наводе се импликације које се односе, рецимо, на Земљу, као што су да је то вишеслојна творевина, затим о распореду вулкансих огњишта, о пречницима планета итд.

За потврду наведених хипотеза потребна су многа специфична космичка мерења, а таквих података још нема довољно, па ћемо, вероватно, на потврде ових занимљивих идеја чекати још неко време. Једна од констатација Павла Савића – да Месец због мале масе не може имати довољне унутрашње притиске да створи магнетно поље, па отуда ни ротацију око сопствене осе, потврђена је мерењима обављеним с космичких бродова. Треба рећи да је сер Артур Едингтон својевремено у другом контексту изнео сличну идеју „да би гравитациони притисак који стеже мале звезде, тзв. беле патуљке, могао одвојити неке електроне од њихових протона”.

Збуњени Американци

Пре него што је основао Институт „Винча”, поткрај Другог светског рата, од 1944. до 1946. године, Павле Савић је боравио у Совјетском Савезу, Радио је у Инситуту физичких проблема у Москви, сарађујући са совјетским нобеловцима Пјотром Капицом и Лавом Ландауом, и са Александром Шаљниковим, на истраживањима ултраниских температура блиских апсолутној нули.

На тим температурама све супстанције, сем хелијума, прелазе у чврсто стање. Хелијум је у тим условима течан и понаша се слично другим течностима. Међутим, он показује дисконтинуалну промену многих својих својстава: способност да проводи топлоту порасте за око милион пута! Најнеобичнија од свега је појава суперфлуидности коју је открио Пјотр Капица 1937. године, а испољава се изузетном лакоћом протицања кроз уске отворе када вискозност гаса буде толика мала да је за око милион пута мања од ма које друге познате супстанције. Са овим је, донекле, повезана појава пузања течног хелијума уз зидове стакленог суда у којем се налази (тзв. Дјуаров суд, шире познат као термос). Просто речено, хелијум излази из суда и слива се низ зидове.

Имао је задатак да проучава
могућности за добијања екстремно
ниских температура, да се
приближи апсолутној нули.

Павле Савић је имао задатак да проучава могућности за добијања екстремно ниских температура, да се приближи апсолутној нули, а то се могло постићи само спречавањем пузања и избегавањем брзог довођења топлоте споља у хелијум. У том смислу он је имао две идеје.

Једна је да технички спречи истицање обртањем смјера пузања, а то је постигао конструкцијом суда са посувраћеним зидовима изнад течности чиме се истицање физички зауставља. Друга идеја се састојала у отклањању могућности пузања, а то значи налажење материјала код којег су атхезионе силе према атомима хелијума знатно слабије.

Након низа експеримената то је постигао тако што је на зидове суда изнад течног хелијума наталожио слој аргона, који је одозго доводио и распршивао у гасном стању, након чега се овај, због ниске температуре која влада у суду, ледио и хватао за зидове. Као и сам хелијум, аргон спада у тзв. инертне гасове и релативно је индиферентан према хелијуму. Истицање хелијума je овим било смањено, што је омогућавало силазак на температуре „знатно” испод λ-тачке. (При овако екстремним условима за знатно сматрају делови једног степена).

Дакле, Павле Савић је дао значајан допринос у области ултраниских температура.

Након Москве је дошла Винча: поред организационих послова, бавио се истраживачким радом, сада претежно са својим сарадницима. Ту је настао знатан број важних научних радова Павла Савића, што се често пренебрегава. Поменућу само оне који се односе на раздвајање изотопа водоника, изотопа бора итд. У раздвајању лаког од тешког изотопа водоника, што је од кључног значаја за добијање тешке воде, у ранима данима Института постигнути су резултати на европском нивоу који су саопштени 1955. у Женеви на Међународној конференцији о мирољубивим применама атомске енергије. Саопштење је изазвало праву сензацију, јер се испоставило да су Американци користили исти катализатор у својим фабрикама тешке воде, али то нису објавили. На самом  саветовању су то морали да обелодане.

Јовановићева препорука

Зашто је тешка вода, уопште, важна за ову причу? Важна је зато што она служи као тзв. модератор неутрона у нуклеарним фисионим реакторима (и дан-данас најбољи од свих), а то су уређаји који омогућују контролисано и самоодрживо одвијање фисије и производњу електричне енергије. Сигурно је да Павле Савић није случајно дошао до те теме.

Шта је то фисија? Појава да се неко тешко атомско језгро, када је бомбардовано (нпр. Неутроном), располути на два мања уз емисију огромне количине енегрије и неколико нових неутрона. Од открића неутрона 1932. у неколико европских центара су се одвијала драматична истраживања, чији је циљ био да се бомбардовањем неког атомског језгра неутронима створи теже језгро и, коначно, тежи елемент. У таквим експериментима је предњачио славни италијански физичар Енрико Ферми ве ћ од 1934. године, предводећи тзв. римску групу.

Париска група је после две
године истраживања, поред
девет већ познатих, открила
десету радиоактивност.

Свакако је било најзанимљивије шта би се десило ако би се бомбардовању подвргао најтежи елемент на Земљи – уранијум, сврстан на последње место у Периодном систему, с редним бројем 92. Очекивања су била да ће се добити елемент за једну масену јединицу тежи, с редним бројем 93, из њега елемент 94 итд. Таквих елемената нема у природи, зато их зовемо трансуранијмски елементи или трансурани.

Римска група је објавила да су бомбардовањем уранијума добили низ од пет радиоактивних елемената, тј. пет радиактивности, међу којима једну с временом полураспада од 13 минута. То су приписали елементу с редним бројем 93, за који су сматрали да би хемијски требало да буде сличан ренијуму (Re), полазећи од мендељејевског принципа да он у треба да се налази испод ренијума. Та сличност никада није поуздано доказана.

И није само Енрико Ферми трагао за трансуранима. На томе је у Немачкој радила берлинска група коју је предводио Ото Хан (ту су били још Лиза Мајтнер, славно име нуклеарне физике, а касније и Фридрих Штрасман), а у Француској, у Институту за радијум, тзв. париска група (Ирена Жолио-Кири, овенчана Нобеловом наградом 1935. као што су то претходно и њени родитељи, и млади београдски физикохемичар Павле Савић, који је поткрај те године стигао у Париз). „У Париз сам дошао као стипендиста француске владе крајем 1935. Добио сам полугодишњу стипендију, јер је француска влада у то време желела да повећа број стипендиста због парирања прохитлеровском курсу спољне политике Стојадиновићеве владе у Југославији. Чим сам се сместио отишао сам у Институт за радијум са препоруком свог професора Драгољуба Јовановића, који је још раније био сарадник Марије Кири у истом институту.”

Берлинска група је поновила Фермијев експеримент и сматрала је да је потврдила његове  резултате. Нашли су чак девет различитих радиоактивности, што је још више замаглило слику (штавише, „трансуране” сличне Re, Os, Ir, Pt, мада то није поуздано доказано). Париска група је после две године истраживања, поред девет већ познатих, открила десету радиоактивност с временом полураспада од 3,5 часова (означену као R_{3,5 h}). Следећи корак је био да је погодним хемијским операцијама изолују из смеше и идентификују. Павле Савић је за раздвајање користио „породичну методу” Киријевих – фракционо таложење. Опите је, заправо, изводио на следећи начин: оксид уранијума се изложи преко ноћи дејству неутрона. Зрачени оксид се онда раствори у киселини. Како су се озрачивањем добијале екстремно мале количине новонасталих елемената, таложења су, да би уопште била видљива, извођена уз додатак мерљивих количина нерадиоактивног облика истог тог елемента који би са собом при операцијама повлачили и радиоактивни облик. Тражени елемент се у потпуности таложио с додатим неактивним лантаном. Због тога се није ни могло са сигурношћу закључити да се ради о лантану, и то је научно потпуно оправдано.

Касније је постало јасно да се, заиста, ради о лантану.

Други део реченице

Да су Ирена Жолио-Кири и Павле Савић изоставили други део реченице којим се изражава сумња у то да се ради о лантану или, још боље, да он није био доследан у фракционисању и да га је изводио кроз осам или девет корака, било би јасно да је откривена фисија! Без обзира на све, важно је скренути пажњу на изузетан научни значај изнесеног становишта.

Прво, Ирена Жолио-Кири и Павле Савић су први констатовали и десету радиоактивност, поред девет познатих.

Друго, они су хемијска својства те радиоактивности прецизно окарактерисали и дошли до закључка да се највјероватније ради о лантану.

И треће, спомињање лантана, који је на редном броју 57 у Периодном систему, дакле 35 места испод уранијума, и скоро упола је лакши, представља револуционарно мишљење за науку тога доба. Потпуно је обрнуло логику, јер је указало на то да се од једног тешког атома са самог краја добија атом из средине Периодног система. Остатак би морао бити нешто што носи преосталу масу, а то наводи на закључак да се уранијум раздвојио на два атома.

То је, дакле, деоба атомског језгра – фисија, а Ирена Жолио-Кири и Павле Савић били су на само пола корака од тога да тако нешто кажу, али ипак нису рекли.

Зашто се то није десило? Није то само недостатак храбрости да се изађе изван круга Ханових (Ото) „трансурана” којима су сви били оптерећени, већ и чудан стицај научних чињеница – првих девет фракција при таложењу је указивало на идентичност с лантаном, док се у десетој, али то је постало јасно много година касније, појавио један изотоп итријума, који игром случаја показује радиоактивност веома сличну лантановој и такође настаје бомбардовањем неутронима. Он је у Периодном систему изнад лантана и наравно да му је хемијски врло сличан, што је и довело до збрке.

Коначно, отркиће фисије је дошло 1939, пет година након ове узбудљиве потраге.

Берлинска група је, подстакнута налазима париске групе, а са намером да их оповргне сматрајући да су немогући, поновила и реинтерпретирала своје претходне резултате, нашавши да се заиста добија лантан (уместо актинијума по претходној интерпретацији), а баријум уместо радијума. Другим речима, многе радиоактивности које су приписиване трансуранима припадају, у ствари, фисионим производима уранијума. Закључак је био да се уранијум, када се озрачи неутронима, распада на језгра елемената који су знатно лакши од њега. Овакво тумачење дала је Лиза Мајтнер. Резултати су објављени у јануару 1939.

Дакле, париска група је широм отворила врата ка фисији, а берлинска је кроз та врата прошла.

А шта се доцније збило с протагонистима фисије?

Предложен за Нобела

За откриће фисије Ото Хан  је добио Нобелову награду 1944. и може се рећи да је то разумљива, а у највећој мери и праведна одлука. Он је био изузетно велико име у радиохемији свога доба, и као такав је чак три (!) пута, не рачунајући ово за фисију, био предлаган. Чињеница је да су он и Фридрих Штрасман довели до краја оно што су Ирена Жолио-Кири и Павле Савић, у ствари, открили, мада потоњи није постао нобеловац.

Неправда је, можда, што Лиза Мајтнер никада није добила Нобелову награду, а била је предлагана чак четири пута. Ипак, није била укључена у последње, кључне експерименте Хана и Штрасмана, јер је као Јеврејка морала да емигрира из нацистичке Немачке.

Енрико Ферми је награђен још 1938. Иницирао је експерименте на уранијуму који су довели до фисије, али је истраживаче навео на криви пут тиме што је, без ваљаних доказа, инсистирао на трансуранима, игноришући упозорења Иде Нодак (суоткривач елемента ренијума) да њихови докази немају чврстих основа.

У вези са овом драматичном потрагом веома је занимљиво да је баш он направио први нуклеарни реактор, у Чикагу крајем 1942. године. А нуклеарни реактор је уређај који омогућује да се фисија језгара обнавља сама од себе и одвија као ланчана реакција. Ето, тиме се он вратио на фисију уранијума изазвану неутронима, у шта само неколико година раније није веровао.

Павле Савић – он је у овом друштву славних био најмлађи, имао је мање од 30 година, и ако Ирена Жолио-Кири није добила Нобелову награду није било за очекивати да ће и он, јер су све радили заједно. Истини за вољу, један од доказа величине открића до којег је дошла париска група, јесте да су 1939. Ирена Жолио-Кири и Павле Савић били предложени за Нобелову награду, али је она дата за открића из других области. Вероватно да у таквим одлукама игра улогу и то да је она већ имала једну.

На неки начин, Павле Савић је био централна личност читаве сторије о фисији, зато што је углавном он изводио експерименте, а очигледно их је изводио педантно и до краја доследно, захваљујући чему је путања истраживања са „трансурана” пребачена на „стазе фисије”. Суштина је овде најважнија, а она се своди на то да је човечанство напорима више истраживачких група дошло до једног новог и важног знања.

Дорпинос открићу нуклеарне фисије – што се сматра за једно од највећих у историји науке – свакако је најзначајнији научни резултат Павла Савића. Није сада тешко закључити зашто је он одабран да оснује Институт за нуклеарне науке у Винчи, и каква је веза између фисије и тешке воде. Фисија је направила технолошку револуцију, јер је донела нове могућности, нарочито у погледу производње електричне енергије.

Научна звезда Павла Савића сија пуним сјајем и сијаће још веома дуго, јер открића на којима је он радио, посебно нуклеарна фисија, сијају несмањеним сјајем већ деценијама. Та светлост се, из доста нејасних разлога, овде слабо пробија. Било би неопходно да сада, када је све прошло проверу времена, он буде сврстан у ред великана као човек који се бавио науком – том глобалном тајном, и у томе досегао глобални значај.