Нобелови лауреати – 1943 година

Дьорд де Хевеши (Hevesy György)

1 август 1885 г. – 5 юли 1966 г.

Нобелова награда за химия

(За работата му върху използването на изотопите като белязани атоми при изучаването на химичните процеси.)

Унгарско-шведският химик Георг (Дьорд) Хевеши е роден в Будапеща (Австро-Унгария) и едно от осемте деца на Луис де Хевеши, съдебен съветник, управител на минна компания и на няколко семейни ферми, и Еугения (баронеса Шлосбергер) де Хевеши. През 1903 г. Хевеши завършва училището на пиаристкия орден в Будапеща, където отделя особено внимание на математиката и физиката. В продължение на една година той посещава Будапещенския университет. След това решава да стане инженер-химик и се премества в Берлинския технологичен университет (равностоен на технологичен колеж). Принуден да се премести в по-топла климатична област, защото след няколко месеца учение заболява от пневмония, Хевеши заминава за Фрайбургския университет, намиращ се в Южна Германия, където физическата химия става негов основен предмет.

През 1908 г. след защитена дисертация, посветена на взаимодействието на натрия с разтопен натриев хидроокис, Хевеши получава докторска степен.

След това в продължение на две години той работи в Цюрих във Федералния технологичен институт под ръководството на Рихард Лоренц, признат авторитет в химията на разтопените соли. В Цюрих Хевеши ходи на лекциите на Алберт Айнщайн, който през 1900 г. работи в съседния университет, и дори посещава неговата лаборатория. През 1910 г. Хевеши прекарва три месеца в Карлсруе в Германия, като прави изследвания заедно с Фриц Хабер, а след това получава престижна стипендия за научно-изследователско дейност в лабораторията на Ърнест Ръдърфорд в Манчестърския университет в Англия. Там се сприятелява с Нилс Бор и дружбата им продължава цял живот. По предложение на Ръдърфорд Хевеши изследва химическите свойства на актиния, наскоро открит радиоактивен химически елемент.

По това време Ръдърфорд работи върху своята концепция за строежа на атома като плътно ядро, съдържащо почти цялата атомна маса и заобиколено от значително по-леки електрони. Знанията за радиоактивните елементи са все още нищожни, но въпреки това е известно, че атомите им имат нестабилни ядра, които се разпадат под въздействието на радиационното излъчване. Знае се също така, че те имат различни и характерни за всеки елемент средни скорости на разпад. Скоростите се изразявали с времето за полуразпад - това време, през което половината от изходните ядра претърпяват радиоактивен разпад. Проблемът, поставен от Ръдърфорд пред Хевеши, е труден за разрешаване, защото времето за полуразпад на актиния е само три секунди. Но това дава на Хевеши благотворната възможност да се запознае с методиката за изследване на краткотрайните вещества и да определи неговия интерес към електрохимията на радиоактивните елементи.

След окончателното изследване на актиния Ръдърфорд моли Хевеши да изолира радиоактивен радий-Д, един от така наречените дъщерни продукти, получаващи се при разпада на радия, от голямото количество олово, доставено в лабораторията от австрийското правителство. Ръдърфорд иска много да изследва радиоактивното излъчване на дъщерните продукти на радия, но изобщо не успява да го направи, защото в много голямо количество олово се съдържат буквално частици радий-Д. Макар че не преуспява в изолирането на радий-Д, на Хевеши му хрумва една забележителна идея. Като се опира на това, че радий-Д може да бъде изолиран от оловото заради химическото им подобие, той предполага, че радий-Д може да се добавя към оловото като отличаващ маркер. По такъв начин поведението на оловото по време на химически реакции може да бъде проследено, като се измерва радиационното излъчване на неговия маркер. Когато посещава Виенския институт за изследване на радия Хевеши научава, че Фридрих Адолф Панет, асистент в института, също се е опитвал да изолира безуспешно радий-Д от олово. След размяна на писма те решават да работят заедно и през 1913 г. Хевеши заминава за Виена. Двамата с Панет доказват ценността от това да се маркира оловото с радий-Д, което им позволява да измерват извънредно малки количества от елемента (три пъти по-малки в сравнение с други тестове). Маркирането позволява да се определи ниското значение на разтворимостта на оловото и на неговите съединения във водата и в други разтворители, а също така и дифузията на атомите в парче олово.

През 1913 г. изследванията на Фредерик Соди, Франсис У. Астън и Дж. Дж. Томсън доказват съществуването на изотопите - атоми на едни и същи елементи, но имащи различно тегло. Химичният елемент се характеризира с броя на протоните (положително заредените частици) в атомното ядро на елемента, който трябва да се равнява на броя на електроните (отрицателно заредените частици, които обикалят около ядрото на електрически неутралния атом). Тъй като по време на химични реакции настъпват промени само в електроните и атомите на един и същ елемент независимо от разликите в атомното тегло имат еднакъв брой електрони, изотопите на елемента имат еднакви химични свойства. Става ясно, че радиоактивният радий-Д и инертното олово са неразделими по химичен път, защото са изотопи на един и същи елемент и следователно са химически идентични. Съвместната работа на Хевеши и Панет за определяне на електрическите свойства на радий-Д доказват, че той е идентичен на оловото по този параметър.

Разликите в атомното тегло между различните изотопи на един и същи елемент са обяснени през 1932 г., когато Джеймс Чадуик открива неутрона. Неутроните имат почти еднакво тегло с протоните, но нямат заряд, затова те увеличават атомното тегло, но не влияят върху химичните свойства.

Скоро след своето завръщане през 1913 г. в Манчестър, за да продължи изследванията си за радиоактивността на йоните (заредените атоми, които имат излишък или недостатък на електрони за неутрализиране на зарядите на протоните в ядрото), Хевеши е поканен на постоянна работа в Оксфордския университет, но началото на Първата световна война го принуждава да се върне през 1914 г. във Виена. След две години го призовават на военна служба. През следващата година той е технически контрольор в електрохимическия завод около Будапеща, а след една година - в унгарските държавни медни заводи в Карпатите. В края на войната получава званието професор по физическа химия, а след това длъжността изпълнителен директор на 2-рия физически институт към Будапещенския университет. Но през 1919 г., когато започва революцията в Унгария, той заминава при Бор в Института по теоретична физика в Копенхаген. След като Бор се съгласява да му предостави дълговременна работа, Хевеши се връща в Унгария, за да завърши там своите експерименти. Тези експерименти показват, че в смесени разтвори, съдържащи оловен хлорид, оловен нитрат и други оловни соли, атомите могат да се обменят един с друг, докато в органични оловни съединения подобен обмен не настъпва.

През 1920 г. Хевеши се премества окончателно в института на Бор. Там работи много, като успява да раздели изотопи на живака и хлора, използвайки различните им точки на кипене и скорости на дифузия, както и физическите им свойства, които се променят с промяната на атомното тегло. Той се опитва също така да открие неуловимия елемент под номер 72. Макар че този 72-атомен елемент още не е открит, неговите химични свойства вече се предсказват теоретично. Хевеши очаква да намери в минералите, обогатени с цирконий, малки количества от елемента с номер 72. Като си сътрудничи с Дирк Костер, датски експериментатор, изследващ рентгеновите лъчи, Хевеши открива новия елемент и го нарича хафний по латинското име на Копенхаген. След като проучва химичните свойства на хафния, Хевеши се връща към проблема за разделянето на изотопите.

Макар че работи с голям интерес в Копенхаген, особено заедно с Бор, през 1926 г. Хевеши заема длъжността професор по физическа химия във Фрайбургския университет, където е оставил много приятели и колеги. Във Фрайбург той прави рентгеноструктурен анализ на минералите, като наблюдава светенето им след бомбардиране с мощни рентгенови лъчи. Той и неговите колеги използват също така радиоактивни изотопи за изследване на химични и биологични системи.

Когато Хитлер става през 1933 г. канцлер на Германия, Хевеши подава оставка, но остава във Фрайбург още една година, за да помогне на своите ученици да завършат дисертациите си. През 1934 г. той се връща в Копенхаген, в Института за теоретична физика, където са му предоставени лаборатории, в които могат да работят и неговите студенти.

Още във Фрайбург Хевеши започва биологични изследвания с използване на тежката вода като белязана молекула. Тежката вода е водороден окис, или Н2О, в който обикновеният водород е заменен с по-тежък изотоп на водорода, деутерий (Н2О → D2O), открит от Харолд Клейтън Юри през 1932 г. Ядрото на деутерия, или на тежкия водород, се състои от протон и неутрон. Присъствието на деутерий, стабилен изотоп на водорода, се определя по-достоверно по плътността на водата отколкото с помощта на измерване на радиоактивността, макар че тежката вода може също така да съдържа фракция на третия изотоп на водорода, трития (два неутрона в ядрото), който е радиоактивен. Хевеши и Юри се запознават през 1923 г. в института на Бор. Като получава сега от Юри няколко литра вода, съдържаща 0,6% тежка вода, Хевеши измерва обмена на водни молекули между златна рибка и околната среда в аквариум, а също така съдържанието на вода в човешкото тяло и продължителността на задържането на водата в организма. Това изследване е прекъснато заради преместването в Копенхаген. Макар че продължава да работи след няколко години с тежка вода, плановете на Хевеши за изследвания в Копенхаген се променят рязко под влияние на откритата през 1934 г. от Фредерик Жолио-Кюри и Ирен Жолио-Кюри изкуствена радиоактивност,

Преди използването от Хевеши на радиоактивни маркери е ограничено поради бедния асортимент от разпространени в природата изотопи. Сега, когато става възможно да се създават радиоактивни изотопи по изкуствен начин, изборът се разширява. Като избира най-напред радиоактивния изотоп на фосфора, Хевеши измерва скоростта на натрупване и разпределение на фосфора в костите. Следващите му изследвания засягат проникването на калий в червените кръвни телца, натрупването на фосфор в емайла на зъбите, определянето с помощта на радиоактивен фосфор на скоростта на образуване на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) в раковите клетки на плъх и на блокирането на тези клетки при терапия с рентгенови лъчи. Използването от него за първи път на радиоактивни изотопи в биохимията и физиологията позволява да се разбере динамиката на химичните и физичните реакции в живите системи.

След германската окупация на Дания през 1940 г. много учени там остават без работа или са арестувани. На Хевеши обаче му разрешават да работи без проблеми до 1943 г. През лятото на тази година германските окупационни власти заемат територията на института, надявайки се да намерят в него материали с научни разработки на атомно оръжие, макар че в действителност такива изследвания там не са провеждани. По това време Бор е вече в неутрална Швеция и Хевеши скоро отива при него. В Стокхолмския институт за изследвания в областта на органичната химия и биохимия той, между другото, изучава и метаболизма на желязото.

В края на войната Хевеши пожелава да остане в Швеция и през 1945 г. получава шведско гражданство. Той продължава да използва изотопните маркери за изследване в различни области на физиологията и биохимията до 1961 г., когато излиза в оставка на седемдесет и шест години.

Хевеши се жени за Пиа Риис през 1924 г., семейството има син и три дъщери. Човек със средно телосложение, през целия си активен живот Хевеши се увлича от пешеходни и ски разходки. За тридесет години научна дейност публикува множество статии в научни списания. Последните месеци от живота си прекарва поради влошаване на здравето в медицинска клиника във Фрайбург, където умира от сърдечен пристъп.

Освен Нобелова награда на Хевеши е присъдена наградата Станислао Каницаро на Италианската национална академия на науките (1929 г.), медала Копли на Лондонското кралско дружество (1949 г.), медала Фарадей на Британското химическо дружество (1950 г.), медала Нилс Бор на Датското инженерно дружество (1961 г.) и други. Присъдени са му почетни научни степени на четиринадесет университета, сред които на университетите в Кеймбридж, Упсала, Фрайбург, Гент и Будапеща. Той е член на много научни дружества и чуждестранен член на Лондонското кралско дружество.

Превод от руски: Павел Б. Николов