ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ДЕЛЕНИЕ НЕДЕЛИМОГО (ПРЕДСКАЗАНИЕ И ОТКРЫТИЕ) из "Атомы сегодня и завтра " Мы уже привыкли в наш космический век к тому, что сегодняшняя научная фантастика нередко становится завтра научным фактом. Но тем не менее нельзя не поразиться гениальному предсказанию Уэллса о грядущем атомном веке, сделанном им за тридцать с лишним лет до памятного взрыва в Хиросиме 6 августа 1945 года. Сам Уэллс отзывался о своей повести лишь как о фантазии возможностей и никоим образом не претендовал на точность предсказания. Действительно, в некоторых деталях он, конечно, был далек от реальности. Однако в обш,ей картине, которую обрисовал автор Освобожденного мира , мы, несомненно, узнаем некоторые черты нашего времени все более широкое промышленное применение ядерной энергии, увеличивающееся влияние этого процесса на судьбу человечества, тревога за возможное использование ядерной энергии в военных целях. [c.13] В повести Уэллса мир потрясает катастрофа ядерной войны. И хотя эта ужасная возможность использования ядерной энергии в достаточной степени поражает читателя, но даже богатое вообрал ение писателя не могло в полной мере охватить всю чудовищную реальность взрыва водородной бомбы. Сейчас, после мрачного дебюта атома в качестве оружия массового уничтожения, многие с достаточным основанием предвидят в качестве возможного следствия такой войны уничтожение всего л ивого на Земле. У Уэллса, однако, все оканчивается благополучно для человечества, которое, оправившись от полученного потрясения, использует ядерную энергию для построения мира на Земле, на благо человека. Можно надеяться, что ядерные взрывы в Хиросиме и Нагасаки также являются убедительным предостережением человечеству, и люди на Земле, подобно героям Уэллса, в будущем будут использовать ядерную энергию не как средство уничтожения, а лишь как средство спасения земной цивилизации в связи с истощением других энергетических ресурсов. [c.13] Цель этой книги — в простой форме, доступной для широкого круга читателей, изложить физические открытия и развитие наших представлений, касающихся ядерной энергии, а также рассмотреть вероятные перспективы ее использования в мирных целях, насколько это возможно предсказать, исходя из сегодняшних наших знаний. В последующей части этой главы дается краткий исторический обзор основных открытий, которые пролили свет на внутреннюю структуру атома. [c.14] По-видимому, греческий философ Демокрит, живший в V веке до новой эры, был первым, кто высказал мысль об атомной структуре вещества, то есть о том, что относительно малое число основных типов мельчайших неделимых частиц и их различные комбинации образуют все многообразие окружающего нас мира. Слово атом в Древней Греции означало то, что не мол ет быть расщеплено или разделено , и на протяжении нескольких тысячелетий, вплоть до начала нашего века, это положение оставалось незыблемым, как и отметил герой Г. Уэллса профессор Руфус в своей лекции. [c.15] Английский естествоиспытатель Джон Дальтон (1766—1844), хотя его атомная теория, опубликованная в 1807—1808 годах, положила начало всей современной химии, также считал, что атомы представляют собой конечные, неделимые частицы вещества. Как утверждал Дальтон, из атомов состоят все истинные элементы, которые, в свою очередь, могут образовывать различные соединения. Что касается ее количественной стороны, теория Дальтона и в наши дни остается в большей или меньшей степени справедливой мы уверенно можем пользоваться ее законами, чтобы, например, вычислить, в какой пропорции необходимо соединить два или более химических элемента, чтобы получить необходимое химическое соединение. Сейчас нам известно гораздо больше химических элементов и их соединений, чем во времена Дальтона, но тем не менее в количественном отношении все эти новые элементы и соединения подчиняются атомистической теории Дальтона, по которой составляющие их атомы признаются непроницаемыми, неразрушаемыми и неизменяемыми частицами. [c.15] Исследования Беккереля и супругов Кюри позволили сделать ряд сенсационных выводов. Оказалос , что заряженные частицы, испускаемые ураном, радием и другими радиоактивными элементами, появляются вследствие самопроизвольного распада атомов этих веществ, причем в процессе распада неизбежно происходит превращение атомов одних элементов в атомы других. Так, атомы радия испускают положительно заряженные частицы (альфа-частицы), превращаясь при этом в атомы более легкого, обычно газообразного, элемента — радона. Последний также оказался радиоактивным через некоторое время после своего образования атомы нового элемента, снова излучая альфа-частицы, превращаются в атомы еще более легкого элемента — полония. Еще через определенный промежуток времени эти атомы также распадаются, и процесс распада будет продолжаться дальше, пока, наконец, не образуются атомы устойчивого элемента (свинца), которые, следовательно, уже пе являются радиоактивными. [c.16] Все это для ученых начала нашего века было подобно разорвавшейся бомбе . Ведь до этого считалось незыблемым, что все химические элементы устойчивы и неразрушимы. И вдруг обнаружились странные элементы (как, например, радий), атомы которых постоянно и без всякой причины выбрасывают свои же собственные частицы, чтобы превратиться в атомы других элементов. Ничего не требовалось для того, чтобы этот процесс начался, и ничто не могло его остановить, замедлить или ускорить. В любом количестве радия его атомы, испуская альфа-частицы, превращаются в атомы газообразного радона (этот процесс иногда называют радиевой эманацией) и с вполне определенной скоростью. Необходимо подождать 1600 лет, чтобы половина всех этих атомов радия превратилась в атомы радона, затем требуется еще 1600 лет, чтобы половина оставшихся атомов радия также превратилась в атомы радона и т. д. У одних радиоактивных элементов этот промежуток времени, который называют периодом полураспада, гораздо короче. Так, например, сам радон превращается в полоний с периодом полураспада около четырех дней, а у некоторых радиоактивных элементов период полураспада измеряется минутами, секундами или даже долями секунды. С другой стороны, существуют химические элементы с периодом полураспада, длящимся многие миллионы лет. Некоторые из них мы обычно даже не считаем радиоактивными, поскольку их распад происходит настолько медленно, что практически и незаметен. Поэтому герой Уэллса справедливо полагал, что все элементы несомненно распадаются и разлетаются на части , однако одни элементы делают это более явно, чем другие. [c.17] В результате данной серии экспериментов по расщеплению атома, во время которых были исследованы тысячи треков альфа- и других частиц вылетавших из обстреливаемых атомов, ностепенно стала вырисовываться картина внутренней структуры атома. [c.19] Никто не знал, что можно ожидать внутри атома, когда начались эксперименты по его бомбардировке частицами высоких энергий. Однако было уже ясно, что атом состоит из частиц, заряженных как положительно, так и отрицательно,— альфа- и бета-частиц (причем первые были гораздо тяжелее вторых). Было также известно, что атом в целом электрически нейтрален. Некоторые ученые, исходя из этих данных, выдвинули модель атома, условно названную пудинг с изюмом . Они предположили, что основная часть массы атома сосредоточена в положительно заряженном пудинге , в который отрицательно заряженный изюм (электроны) вкраплен так, что атом в целом остается нейтральным. [c.19] Этот рисунок можно увидеть в газетах, по телевизору, его используют в качестве марки промышленных предприятий, имеющих и весьма отдаленное отношение к атомной технике, но желающих продемонстрировать, что и они идут в ногу со временем. Однако в эпоху открытия Резерфорда и Бора атом более привычно представлялся как некоторая сплошная частица вещества. И поэтому первая реакция на подобную модель была похожа на нечто вроде презрительного недоверия, какий было встречено предположение о том, что Земля не плоская, а круглая. Но так же как и факт кругосветного плавания, совершенного человеком, заставил в конце концов всех признать, что Земля действительно является шаром, так и планетарная модель Бора—Резерфорда получила в конце концов свое признание, поскольку давала единственное объяснение неопровержимым данным экспериментов. [c.20] пожалуй, и все пока об основных составных частях атома. Очевидно, что теперь необходимо дать ответ на вопрос, какова же сила, действующая между этими составными частями. Читатель может, например, удивиться, почему никак не проявляет Себя сила электрического отталкивания между двумя протонами в ядре гелия, которая должна была бы привести к тому, чтобы это ядро разлеталось в противоположные стороны . [c.24] Это как раз один из вопросов, на которые отвечает следующая глава. [c.24] действующая между двумя электрическими зарядами, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это утверждение иллюстрируется графиком, представленным на рис. 3, из которого видно, что при удвоении расстояния между двумя зарядами сила, действующая между ними, уменьшается в 4 раза, при утроении — в 9 раз и т. д. Закон обратной квадратичной зависимости весьма распространен в природе, Например, сила гравитационного притяжения между двумя телами также изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, как и магнитное притяжение между двумя противоположными магнитными полюсами. Однако есть и исключения. К ним относится, например, сила, действующая между молекулами жидкости или твердых тел, а также сила, удерживающая частицы атомного ядра. Именно последней и будет в основном посвящена данная книга, ко прежде полезно оценить величину электрических сил, чтобы затем их можно было бы сравнить с ядер-ными. [c.24] На рассмотренные нами песчинки будет, конечно, действовать и сила гравитационного притяжения. Но она настолько мала, что ее можно здесь не учитывать. [c.25] Для сравнения укажем, что диаметр атома водорода равен 10-8 см. [c.26] В задачу данной книги не входит детальное описание структуры ядерных оболочек и ее связи с характерным проявлением ядерных сил. Мы просто уяснили себе, что последние гораздо сильнее электрических при очень малых расстояниях, а сейчас рассмотрим другое свойство ядерных сил — их насыщение. Этот термин означает, что в любой момент времени определенный нуклон может взаимодействовать лишь с достаточно малым числом других нуклонов, которые являются его непосредственными соседями по ядру. Этим свойством не обладают силы, возникающие между электрическими зарядами или магнитными полюсами или при взаимном гравитационном притяжении. В частности, каждый протон как положительно заряженная частица будет взаимодействовать с каждым протоном, и хотя это взаимодействие ослабевает с увеличением расстояния между протонами, оно не может, однако, исчезнуть полностью. [c.27] Имеется лишь косвенное указание на возможное существование ядра из двух нейтронов (так называемого динейтрона), но оно чрезвычайно неустойчиво. И ничто пока не подтверждает существование дипротона — ядра из двух протонов. [c.27] также описание магических чисел на стр. 40. [c.27] Вернуться к основной статье