Хевеши (de Hevesy), Дьёрдь де

Венгеро-шведский химик Георг (Дьёрдь) де Хевеши родился в Будапеште (Австро-Венгрии) и был одним из восьми детей Луиса де Хевеши, председателя суда, управителя горнодобывающей компании и нескольких семейных ферм, и Евгении (в девичестве Шлосбергер) де Хевеши. В 1903 г. Хевеши окончил школу пиаристского ордена в Будапеште, где он уделял большое внимание математике и физике. В течение года он посещал Будапештский университет. Затем, решив стать инженером-химиком, он перешел в Берлинский технологических университет (равноценен техническому колледжу). Вынужденный переехать в более теплую климатическую зону, так как через несколько месяцев учебы он заболел пневмонией, Хевеши перевелся во Фрейбургский университет, расположенный на юге Германии, где физическая химия становится его основным предметом.

В 1908 г. после представления диссертации, посвященной взаимодействию металлического натрия с расплавленной гидроокисью натрия, он получил докторскую степень.

После этого он в течение двух лет работал в Цюрихе в Федеральном технологическом институте под руководством Рихарда Лоренца, признанного авторитета в химии расплавленных солей. В Цюрихе Хевеши посещал лекции Альберта Эйнштейна, который в 1909 г. работал в соседнем университете, и даже посетил его лабораторию. В 1910 г. Хевеши провел три месяца в Карлсруэ в Германии, занимаясь совместными исследованиями с Фрицем Габером, а затем получил престижную стипендию для научно-исследовательской деятельности в лаборатории Эрнеста Резерфорда в Манчестерском университете в Англии. Там у него завязывается дружба с Нильсом Бором, продолжавшаяся всю жизнь. По предложению Резерфорда Хевеши исследовал химические свойства актиния, недавно открытого радиоактивного химического элемента.

В это время Резерфорд работал над своей концепцией строения атома как плотного ядра, содержащего почти всю массу атома и окруженного значительно более легкими электронами. Хотя знания о радиоактивных элементах были еще мизерны, тем не менее было известно, что их атомы имеют нестабильные ядра, которые распадаются под воздействием радиационного излучения. Было также известно, что они имеют различные и характерные для каждого элемента средние скорости распада. Скорости выражались в величинах времени полураспада – времени, за которое половина исходных ядер подвергается радиоактивному распаду. Проблема, поставленная Резерфордом перед Хевеши, была трудноразрешима, так как время полураспада актиния было равно только трем секундам. Однако это предоставило Хевеши благоприятную возможность ознакомиться с методикой исследований короткоживущих веществ и позднее определило его интерес к электрохимии радиоактивных элементов.

После окончания исследования актиния Резерфорд попросил Хевеши выделить радиоактивный радий-Д, один из так называемых дочерних продуктов распада радия, из большого количества свинца, полученного лабораторией от австрийского правительства. Резерфорду очень хотелось исследовать радиационное излучение дочерних продуктов радия, но этого сделать никак не удавалось, поскольку в слишком большом количестве свинца содержались буквально крупицы радия-Д. Хотя Хевеши не преуспел в выделении радия-Д, ему пришла на ум замечательная идея. Основываясь на том, что радий-Д не может быть отделен от свинца из-за их химического подобия, он предположил, что радий-Д может быть добавлен к свинцу как детектируемый маркер, или метка. Поведение свинца в химических реакциях, таким образом, может быть прослежено при помощи измерения радиационного излучения его метки. При посещении Венского института исследования радия Хевеши узнал, что Фридрих Адольф Панет, ассистент этого института, также безуспешно пытался выделить радий-Д из свинца. После обмена письмами они решили работать вместе, и в 1913 г. Хевеши отправился в Вену. Он и Панет вскоре доказали ценность мечения радием-Д свинца, что позволило им измерить чрезвычайно малые количества этого элемента (в три раза меньше по сравнению с другими тестами). Мечение позволило определить низкое значение растворимости свинца и его соединений в воде и других растворителях, а также диффузию атомов в куске свинца.

В 1913 г. исследования Фредерика Содди, Фрэнсиса У. Астона и Дж.Дж. Томсона показали существование изотопов – атомов одного и того же элемента, но имеющих разные веса. Химический элемент характеризуется числом протонов (положительно заряженных частиц) в ядрах атома этого элемента, которое должно равняться числу электронов (отрицательно заряженных частиц, вращающихся вокруг ядра электрически нейтрального атома. Поскольку в процессе химических реакций происходят изменения только с электронами и атомы одного и того же элемента независимо от различий в атомных весах имеют одинаковое число электронов, изотопы элемента имеют одинаковые химические свойства. Стало ясно, что радиоактивный радий-Д и инертный свинец неразделимы химическим путем, так как они являются изотопами одного и того же элемента и, следовательно, химически идентичны. Совместная работа Хевеши и Панета по определению электрических свойств радия-Д показала, что он идентичен свинцу по этому параметру.

Отличия в атомном весе между различными изотопами одного и того же элемента были также объяснены в 1932 г., когда Джеймс Чедвик открыл нейтроны. Нейтроны имеют почти одинаковый вес с протонами, но не несут заряда, поэтому они увеличивают атомный вес, но не влияют на химических свойства. Вскоре после возвращения в 1913 г. в Манчестер для продолжения исследования радиоактивных ионов (заряженных атомов, имеющих избыток или недостаток электронов для нейтрализации зарядов протонов ядра) Хевеши получил приглашение на постоянную работу в Оксфордский университет, но начало первой мировой войны заставило его в 1914 г. вернуться в Вену. Через два года его призвали на военную службу. В течение следующего года он – технический контролер на электрохимическом заводе около Будапешта, а через год – на венгерских государственных медных заводах в Карпатах. В конце войны он получил звание профессора физической химии, а затем должность исполняющего обязанности директора 2-го физического института Будапештского университета. Но в 1919 г. в связи с началом революции в Венгрии он срочно едет к Бору в Институт теоретической физики в Копенгаген. После того как Бор согласился предоставить Хевеши долговременную работу, он вернулся в Венгрию, чтобы завершить там свои эксперименты. Эти исследования продемонстрировали, что в смешанных растворах, содержащих хлорид свинца, нитрат свинца и другие соли свинца, атомы могут обмениваться один на другой, в то время как в свинецорганических соединениях такого обмена не происходит.

В 1920 г. Хевеши окончательно перешел в институт к Бору. Там он немало потрудился, добившись разделения изотопов ртути и хлора, используя различия в их точках кипения и скорости диффузии, в физических свойствах, которые изменяются с изменением атомного веса. Он также пытался открыть неуловимый элемент под номером 72. Хотя этот 72-электронный элемент не был еще обнаружен, его химические свойства теоретически уже предсказывались. Хевеши ожидал обнаружить в минералах, обогащенных цирконием, малые количества элемента, который, по-видимому, должен был быть химически подобен элементу 72. Сотрудничая с Дирком Костером, датским экспериментатором по исследованиям рентгеновских лучей, Хевеши обнаружил новый элемент и назвал его гафнием от латинского названия Копенгагена. После изучения химических свойств гафния Хевеши вернулся к проблеме разделения изотопов.

Хотя Хевеши с большим интересом работал в Копенгагене, особенно совместно с Бором, в 1926 г. он занимает должность профессора физической химии во Фрейбургском университете, где у него осталось много друзей и коллег. Во Фрейбурге он проводил рентгеноструктурный анализ минералов, наблюдая свечение после их бомбардировки мощными пучками рентгеновских лучей. Он и его коллеги использовали также радиоактивные изотопы для исследования химических и биологических систем.

Когда Гитлер стал в 1933 г. канцлером Германии, Хевеши подал в отставку, но остался во Фрейбурге еще на один год, чтобы помочь своим ученикам закончить их диссертационные работы. В 1934 г. он вернулся в Копенгаген, в Институт теоретической физики, где ему были предоставлены лаборатории, в которых также могли работать и его студенты.

Еще во Фрейбурге Хевеши начал биологические исследования с использованием тяжелой воды в качестве меченой молекулы. Тяжелая вода – это окись водорода, или Н2О, в которой обычный водород замещен более тяжелым изотопом водорода, дейтерием (Н2О > D2O), открытым Гарольдом Клейтоном Юри в 1932 г. Ядро дейтерия, или тяжелого водорода, состоит из протона и нейтрона. Присутствие дейтерия, стабильного изотопа водорода, достовернее определяется по плотности воды, чем с помощью измерения радиоактивности, хотя тяжелая вода может также содержать фракцию третьего изотопа водорода, трития (два нейтрона в ядре), который радиоактивен. Хевеши и Юри знали друг друга с 1923 г. по институту Бора. Получив уже теперь от Юри несколько литров воды, содержащей 0,6% тяжелой воды, Хевеши измерил обмен молекул воды между золотой рыбкой и окружающей средой в аквариуме, а также содержание воды в человеческом теле и продолжительность нахождения воды в организме. Это исследование было прервано из-за его переезда в Копенгаген. Хотя он через несколько лет продолжил работу с тяжелой водой, планы его исследований в Копенгагене были круто изменены под влиянием открытия Фредериком Жолио и Ирен Жолио-Кюри искусственной радиоактивности в 1934 г.

Прежде использование Хевеши радиоактивных меток было ограничено из-за скудного набора подходящих распространенных в природе изотопов. Теперь же, когда стало возможным создавать радиоактивные изотопы искусственным путем, выбор расширился. Выбрав в качестве первого радиоактивный изотоп фосфора, он измерил скорость накопления и распределение фосфора в костях. Последующие его исследования касались проникновения калия в красные кровяные тельца, накопления фосфора в эмали зубов, определения с помощью радиоактивного фосфора скорости образования дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в раковой опухоли крысы и блокирования этого образования при терапии рентгеновскими лучами. Применение им впервые радиоактивных изотопов в биохимии и физиологии позволило понять динамику химических и физических реакций в живых системах.

После германской оккупации Дании в 1940 г. многие ученые этой страны лишились работы или были арестованы. Хевеши, однако, разрешили работать без помех вплоть до 1943 г. Летом этого года германские оккупационные войска заняли территорию института, надеясь обнаружить там материалы с научными разработками атомного оружия, хотя в действительности такие исследования там не проводились. К тому времени Бор уже бежал в нейтральную Швецию, и Хевеши быстро последовал за ним. В Стокгольмском институте исследований в области органической химии и биохимии он среди других работ провел изучение метаболизма железа.

В 1943 г. Нобелевская премия по химии не присуждалась, но в следующем году она была за 1943 г. вручена Хевеши «за работу по использованию изотопов в качестве меченых атомов при изучении химических процессов». Так как церемония присуждения в годы войны была нарушена, он получил награду на съезде Шведской королевской академии наук. В Нобелевской лекции он обобщил свои обширные исследования живых систем. «Наиболее значительным результатом, полученным при исследованиях с применением изотопных индикаторов, – сказал Хевеши, – является, безусловно, открытие динамического состояния компонентов организма. Молекулы, из которых состоят растения и организмы животных, постоянно регенерируются».

В конце войны Хевеши пожелал остаться в Швеции и в 1945 г. стал шведским гражданином. Он продолжал использовать изотопные метки в исследованиях различных областей физиологии и биохимии вплоть до 1961 г., когда в возрасте 76 лет вышел в отставку.

Хевеши женился на Пиа Риис в 1924 г.; у них родились сын и три дочери. Будучи человеком средней комплекции, Хевеши в течение всей своей активной жизни увлекался пешими и лыжными прогулками. За 30 лет научной деятельности он опубликовал множество статей в научных журналах. Последние месяцы своей жизни из-за ухудшения здоровья он Провел в медицинской клинике во Фрейбурге, где и умер 5 июля 1966 г. от сердечного приступа.

Кроме Нобелевской премии, Хевеши был награжден премией Станислао Канниццаро итальянской Национальной академии наук (1929), медалью Копли Лондонского королевского общества (1949), медалью Фарадея Британского химического общества (1950), медалью Нильса Бора Датского инженерного общества (1961) и др. Ему были присуждены почетные ученые степени четырнадцати университетов, в том числе Кембриджа, Упсалы, Фрейбурга, Гента, Будапешта. Он являлся членом многих научных обществ и иностранным членом Лондонского королевского общества.