В 1934 году супруги Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, вызванной быстрыми альфа-частицами (Нобелевская премия по химии, 1935) и получили ряд искусственных радиоактивных изотопов, открыли новый тип радиоактивности - позитронную. Ф. и И. Жолио-Кюри предсказывали, что искусственная радиоактивность может быть вызвана также нейтронами, дейтронами, протонами.

Ф. Жолио-Кюри почти одновременно с О. Ганом и Ф. Штрассманом экспериментально открыл явление деления урана нейтронами и одним из первых пришел к выводу, что процесс деления ядер уранов на осколки должен сопровождаться появлением новых нейтронов и вычислил (май 1939) количество излучаемых вторичных нейтронов. Тогда же Ф. Жолио-Кюри увидел возможность развития в уране цепной ядерной реакции с выделением огромной энергии путем взрыва. В 1939-1940 годах он разработал ряд технологических проектов освобождения ядерной энергии.

В 1939 году с сотрудниками начал работы по сооружению ядерного реактора на тяжелой воде. Были выполнены первые измерения эффективного сечения захвата тепловых нейтронов ядрами дейтерия.

Их совместные исследования начались с того, что они решили повторить опыты Боте и Беккера, "придумавших" пресловутое "бериллиевое излучение", вместо того чтобы стать открывателями нейтрона. Французские коллеги были более подготовлены, располагали мощным полониевым источником альфа-частиц. Чем завершились их эксперименты, уже известно: ошибочным утверждением о вылете протонов…

Наконец английский физик Чэдвик четко разъяснил ситуацию, оставив своих коллег-предшественников ни с чем.

Первый намек на искусственное превращение элементов получил Эрнес Резерфорд в июне 1919 г.: при столкновении быстрой альфа-частицы с ядром азота оно распадалось на два разных осколка; одним из них мог быть протон. А другим? К изучению процесса ученый привлек сотрудников из Манчестерской лаборатории. Но только в 1925 г. Патрик Блэкетт окончательно доказал механизм первой искусственной ядерной реакции: альфа-частица присоединялась к ядру азота и вызывала его превращение; в результате получался атом кислорода и испускался протон.

Подобные эксперименты стали проводить и ученые других стран. Особенно активно изучали проблему австрийские исследователи Ганс Кирш и Ганс Петерсон в Венском радиевом центре.

Главная трудность состояла в идентификации частиц, образующихся наряду с протоном, для этого пользовались фотографиями, получаемыми с помощью камеры Вильсона. Природу же частиц невозможно было однозначно определить, ибо их количество оказывалось ничтожно малым: химические и даже масс-спектрометрические методы анализа были бессильны. То, что искусственные превращения элементов вещь реальная, мало кто пытался оспаривать. Но никто не решался однозначно судить об истинной природе продуктов искусственной ядерной реакции.

Действительно удивиться Ирен и Фредерику пришлось в начале января 1934 г. После удаления источника альфа-частиц испускание протонов и нейтронов прекращалось. Вылет же позитронов продолжался!

Сообщение об этом публикуется в "Докладах Парижской академии": "В наших последних экспериментах был обнаружен поразительный факт: при облучении алюминиевой фольги альфа-частицами испускание позитронов не прекращалось немедленно после удаления источника. Фольга оставалась радиоактивной. И интенсивность испускаемого излучения уменьшалась экспоненционально, как в случае обычного радиоактивного элемента. Такое же явление мы наблюдали с бором и магнием… При превращении бора, магния и алюминия под действием альфа-частиц появляются новые радиоактивные элементы, испускающие позитроны... Вероятно, эти элементы представляют собой неизвестные изотопы, которые всегда нестабильны...".

Статья называлась "О новом типе радиоактивности". Жолио-Кюри, таким образом, экспериментально доказали существование нового вида радиоактивного распада - позитронного (теперь его обозначают b+ -распад, в отличии от электронного - b- -распада).

Вскоре удалось установить, что подобного рода превращения происходят с бором и магнием. В этих случаях продуктами реакций оказываются радиоактивные азот-13 и кремний-27.

"Эти эксперименты дали первое химическое доказательство возможности искусственного превращения, а также того, что при этих реакциях происходит захват альфа-частицы", - замечали Жолио-Кюри. Ведь ранее протекание искусственных ядерных реакций подтверждалось лишь следами на фотографиях камеры Вильсона, а образующийся продукт реакции определялся косвенным путем.

Нобелевская премия по химии была присуждена Жолио-Кюри в 1935 г., то есть фактически сразу после открытия. Однако в действительности речь шла не о "синтезе новых радиоактивных элементов" (то есть не о таких элементах, которые ранее не были известны и могли претендовать на пустовавшие еще клетки таблицы Менделеева). Синтезировались несуществующие в природе нестабильные разновидности элементов, давно известных и хорошо изученных.

Лауреаты предложили использовать приставку "радио" для наименования радиоактивных изотопов соответствующих элементов: например, "радиофосфор", "радиоазот", "радиокремний". Терминология, однако, не прижилась.

Само явление получило название "искусственная радиоактивность". Между тем Жолио-Кюри замечали, что "выражения "искусственная радиоактивность" и "наведенная радиоактивность", часто применяемые для обозначения нового явления, представляют собой удобные, но недостаточно точные термины. Действительно, явление состоит не в том, что ядро искусственно делают радиоактивным, а в том, что это ядро превращается в другое ядро, по своей природе неустойчивое. В результате искусственным путем получают радиоэлемент".

Никакой принципиальной разницы между естественной и искусственной радиоактивностью не существует. Свойства любого изотопа совершенно не зависят от способа его образования.

Ныне известно более 2000 разновидностей атомов с различными сочетаниями количеств протонов и нейтронов в ядрах. Из них 280 приходится на долю стабильных изотопов. Около 50 входят в состав природных радиоактивных семейств тория-232, урана-238 и урана-235. Все остальные получены посредством искусственных ядерных реакций различных типов. В основном это a- и b-активные изотопы, тогда как количество испускающих позитроны сравнительно невелико.

После получения премии Фредерик основное внимание уделил исследованиям в области применения b-активных изотопов в биологии и медицине. В частности, он впервые ввел в практику изотопы йода и фосфора. Впрочем, в конце 30-х гг. он снова обратился к ядерной физике. Ирен же оставалась верной радиохимии, и только стечение обстоятельств лишило ее возможности стать автором открытия деления урана под действием нейтронов.

В некоторой степени повторилась история с обнаружением нейтронов. На сей раз, в декабре 1938 г., удачливыми оказались немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассманн.

В 1939 г., вслед за открытием немецким химиком Отто Ганом возможности деления (расщепления) атома урана, Жолио нашел прямое физическое доказательство того, что такое деление носит взрывной характер. Признавая, что огромное количество энергии, высвобождаемой в процессе расщепления атома, может быть использовано в качестве источника энергии, он приобрел у Норвегии практически все имевшееся тогда количество тяжелой воды. Однако разразившаяся в это время вторая мировая война и оккупация Франции германскими армиями заставили его прервать исследования. Подвергая себя значительному риску, Жолио сумел тайно переправить имевшуюся в его распоряжении тяжелую воду в Англию, где она была использована английскими учеными в ходе предпринимавшихся ими усилий по разработке атомного оружия.

Однако в мае 1940 года исследования были прерваны оккупацией Франции фашистскими захватчиками (1940-1944). Ближайшие его помощники Х. Халбан и Л. Коварски вывезли документацию и запас тяжелой воды в Англию, а сам Жолио-Кюри остался в оккупированной Франции, где свои знания использовал для борьбы с оккупантами, в его лаборатории в Коллеж де Франс изготовлялась взрывчатка. Был участником Движения Сопротивления, возглавлял организацию "Национальный фронт".

Оставаясь в Париже в период оккупации, Жолио сохранил за собой посты в Институте радия и в Коллеж де Франс. Будучи активным членом движения Сопротивления, он использовал возможности своей лаборатории для изготовления взрывчатых веществ и радиоаппаратуры для борцов Сопротивления вплоть до 1944 г., когда ему самому пришлось скрываться.

Участвовал в антифашистском Парижском восстании в августе 1944.

После освобождения Парижа Жолио был назначен директором Национального центра научных исследований, на него была возложена ответственность за восстановление научного потенциала страны. В октябре 1945 г. Жолио убедил президента Шарля де Голля создать Комиссариат по атомной энергии Франции. Три года спустя он руководил пуском первого во Франции ядерного реактора и циклотрона. Несмотря на то что авторитет Жолио как ученого и администратора был чрезвычайно высок, его связь с коммунистической партией, в которую он вступил в 1942 г., вызывала недовольство, и в 1950 г. он был освобожден с поста руководителя Комиссариата по атомной энергии.

После войны Фредерик возобновляет и развивает ядерные исследования. Уже в начале 1948 года осуществляет запуск первого французского циклотрона, а в декабре 1948 года - экспериментального ядерного реактора на тяжелой воде.

Ф. Жолио-Кюри - выдающийся общественный деятель. С 1950 года - председатель Всемирного Совета Мира, в 1950 году выступил инициатором Стокгольмского возвания. За деятельность в защиту мира в 1951 году удостоен Международной Ленинской премии "За укрепление мира между народами". С 1947 года президент общества "Франция-СССР", один из основателей и президент (с 1946 года) Всемирной федерации научных работников. Президент Французского физико-химического общества (1936-1938).

Один из основателей и лидеров всемирного Движения сторонников мира. Член Института Франции (1943), иностранный член АН СССР (1949; член-корреспондент 1947).

С 1942 Жолио-Кюри - член Французской компартии. С именем Ж.-К. связано зарождение всемирного Движения сторонников мира. После образования в ноябре 1950 Всемирного Совета Мира стал его председателем. В 1956 Ж.-К. был избран членом ЦК Французской компартии.

Теперь Жолио посвящал большую часть своего времени исследовательской работе в лаборатории и преподаванию. Оставаясь активным политическим деятелем, он был также президентом Всемирного Совета Мира. Смерть Ирен Жолио-Кюри в 1956 г. явилась для Жолио тяжелым ударом. Став ее преемником на посту директора Института радия и заменив ее на преподавательской работе в Сорбонне, он взял на себя также контроль над строительством нового института в Орсе, к югу от Парижа. Однако организм ученого был ослаблен из-за перенесенного двумя годами ранее вирусного гепатита, и 14 августа 1958 г. Жолио скончался в Париже после операции, связанной с внутренним кровоизлиянием.