они узнали о структуре ядра и о том, как его использовать. Теперь они могли не только создавать радиоактивные изотопы известных элементов, но и находить те вещества, которые никогда раньше не встречались в природе, чтобы заполнить пробелы в периодической таблице. Первым совершенно новым элементом, обнаруженным в 1937 году, был технеций (атомный номер 43). Он был синтезирован Эмилио Сегре в Италии, после того как он посетил Радиационную лабораторию и убедил Лоуренса отправить ему по почте тонкую молибденовую фольгу – часть циклотрона, – чтобы посмотреть, сможет ли он определить, какой тип радиоактивных элементов там присутствует. После серии химических разделений и очисток Сегре и его коллега Карло Перрье нашли доказательства наличия двух изотопов технеция: технеция-95m (с периодом полураспада 61 день) и технеция-97m (период полураспада – 91 день).

Все изотопы технеция радиоактивны, и так как преобладающий в природе изотоп технеций-99 имеет период полураспада 211 тысяч лет, его очень трудно найти, поскольку практически весь он распался за время существования Земли[154]. Но с циклотроном стало возможно это исправить. В 1938 году Сегре переехал в Соединенные Штаты, где сотрудничал с Гленном Сиборгом, используя циклотрон, чтобы подтвердить существование другого изотопа нового элемента, технеция-99m. Период полураспада этого изотопа – около шести часов, а сам изотоп представляет собой стадию распада ядра технеция, во время которой испускаются гамма-лучи.

Технеций-99m оказался невероятно важным изотопом для медицинской диагностики, и впервые его использовали для медицинского сканирования печени в 1963 году. К концу 1990-х годов он использовался в более чем 10 миллионах диагностических процедур в год только в Соединенных Штатах, визуализируя функции щитовидной железы, головного мозга, печени, селезенки и костного мозга, а также других частей организма. Спрос возрос, и этот изотоп до сих пор широко используется медиками по всему миру в качестве радиоактивного индикатора. Сиборг и Сегре явно не подозревали о его потенциальном применении в медицине, когда занимались его изучением.

Остальные три недостающих элемента периодической таблицы Менделеева были найдены в течение следующих нескольких лет. Все четыре оказались радиоактивными, что объясняло, почему они оставались незамеченными: их очень мало в природе. Период полураспада самого долгоживущего изотопа – франция-233 – составляет всего 22 минуты (открыт в 1939 году Маргаритой Перей в Париже), период полураспада астата-210 – 8,1 часа (открыт в 1940 году Корсоном, Маккензи и Сегре в Калифорнии), а период полураспада прометия-145 – 17,7 года (открыт в 1945 году Маринским, Гленденином и Кориеллом в Теннесси). Когда периодическая таблица была заполнена, циклотрон позволил физикам из Беркли выйти за ее пределы. На протяжении многих лет Сиборг и другие физики, движимые вопросом о том, сколько нейтронов и протонов может удерживаться вместе в ядре и при каких обстоятельствах они стабильны или нестабильны, создавали все более тяжелые элементы. Сиборг был удостоен Нобелевской премии по химии в 1951 году за открытие трансурановых элементов – плутония, америция, кюрия, берклия и калифорния. Сиборг и его коллеги из Беркли позже синтезировали эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий и, конечно же, сиборгий, названный в честь Гленна Сиборга.

Благодаря циклотрону и другим ускорителям периодическая таблица значительно расширилась с тех пор, когда уран (атомный номер 92) считался самым тяжелым известным элементом. Сегодня самый тяжелый элемент, полученный в лаборатории, – это унуноктий (118), также известный как оганесон, названный в честь его первооткрывателя Юрия Оганесяна. Он был синтезирован в 2016 году в Дубне, Россия, и до сих пор было изготовлено только четыре его атома, поэтому его химические и физические свойства все еще изучаются. Чтобы понимать, как образовывались тяжелые элементы в ранней Вселенной, крайне важны исследования образования сверхтяжелых элементов, которые до сих пор продолжаются во многих лабораториях по всему миру.

Периодическая таблица показывает элементы, расположенные по атомному номеру или числу протонов, но из-за расширения числа радиоизотопов с помощью циклотрона появилась вторая версия, «таблица нуклидов», также известная как диаграмма Сегре: количество нейтронов нанесено на горизонтальную ось, а число протонов – на вертикальную. Стабильные элементы периодической таблицы лежат на диагональной линии, но вокруг них нарисована широкая полоса экзотических и нестабильных ядерных конфигураций, известных как нуклиды, расположенных и окрашенных в зависимости от типа излучения, которое они испускают при распаде.

Циклотроны становились все более и более мощными, и в 1939 году в Беркли была профинансирована и открыта новая лаборатория. В лаборатории Крокера был установлен аппарат длиной около 130 сантиметров, а команда Лоуренса насчитывала 60 человек для сборки и эксплуатации циклотронов, которые иногда потребляли так много энергии, что отключали электроэнергию в ближайшем городе. Среди всей этой лихорадочной работы Лоуренс нашел время посетить Стокгольм, чтобы получить Нобелевскую премию по физике 1939 года.

Открытия не прекращались, в частности, был открыт углерод-14 – изотоп, который стал ключевым в радиоуглеродном датировании. Несмотря на рост напряженности во всем мире в 1939 и 1940 годах, Лоуренс спроектировал и построил еще более крупную машину, предназначенную для того, чтобы впервые преодолеть энергетический барьер в 100 Мэ В. Для достижения такой высокой энергии требовался гораздо больший магнит, чтобы ограничивать луч. Чтобы удвоить энергию, надо было увеличить вес магнита в восемь раз, для чего потребовалось бы столько же железа, сколько для военного корабля. Огромная машина длиной почти 4,5 метра, вершина достижений в области создания циклотронов, была построена в новом здании выше по склону от первоначальной Радиационной лаборатории. Когда началась Вторая мировая война, она все еще строилась[155].

Многие физики, включая Лоуренса, были задействованы в войне: искали способы высвобождать энергию из ядер в качестве оружия, и огромный новый циклотрон был реквизирован для военных целей. Тем временем Джон Лоуренс разработал методы визуализации, которые предполагали использование радиоактивных газов для изучения внутреннего функционирования человеческого организма. Работая вместе с Корнелиусом Тобиасом, одним из учеников Эрнеста Лоуренса, он использовал радиоактивные изотопы газов азота, аргона, криптона и ксенона (полученные с помощью полутораметрового циклотрона), чтобы выяснить природу «кессонки», или декомпрессионной болезни. Это было в те дни, когда летчики еще не использовали противоперегрузочные костюмы. Сегодня радиоактивный газ криптон по-прежнему используется в больницах для визуализации дыхания пациентов.

Вероятнее всего, сегодня вы найдете циклотрон не в большой лаборатории, а в подвале больницы. В настоящее время создано и широко используется в медицине более 50 типов радиоизотопов, и почти во всех крупных больницах есть отделение нуклеологии – ядерной медицины. Эти радиоизотопы могут лечить болезни и помогают поставить диагноз, когда наши гормоны, кровоток или другие функции органов не работают должным образом. Если вам когда-нибудь понадобится снимок вашей щитовидной железы, кости, сердца или печени, скорее