Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
5. Наконец, несмотря на громадные по сравнению с источниками размеры и сложное устройство ускорители дешевле многих радиоактивных препаратов, если сравнивать их по стоимости получения одной частицы.
Благодаря всем этим достоинствам ускорители заряженных частиц получили весьма широкое распространение. Они применяются не только для физических исследований, но и в промышленности - для просвечивания тяжелых металлических деталей, проведения активационного анализа, для целей геологоразведки (в этом случае миниатюрный ускоритель вместе с регистрирующими приборами опускается прямо в скважину), а также в биологии, медицине и во многих других областях.
123
Глава 7
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
КАК БЫЛО ОТКРЫТО ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР
Ядерные реакторы, которые сейчас широко используются как для научных исследований, так и для получения ядерной энергии, были созданы на основе результатов целой серии важных научных открытий.
В 1932 году один из учеников Резерфорда Чедвик обнаружил, что при облучении бериллия а-частицами образуются неизвестные ранее нейтральные частицы, которые были названы нейтронами. Как уже отмечалось, нейтроны наряду с протонами являются теми "кирпичиками", из которых состоят ядра всех элементов.
Но не только этим интересен нейтрон. Отсутствие электрического заряда позволяет ему беспрепятственно проникать в любые ядра и расщеплять их, тогда как заряженные частицы из-за электростатического отталкивания попадают в ядра лишь в виде редкого исключения. Поэтому нейтрон - весьма удобный "снаряд" для обстрела ядер, и сразу же после открытия Чедвика нейтронами стали заниматься многие ученые в разных странах мира. Интенсивное изучение свойств нейтронов привело к новым важным открытиям.
Итальянский физик Ферми обнаружил, что при замедлении нейтронов в результате прохождения ими слоя воды или парафина их способность вызывать ядерные превращения не уменьшается, как у заряженных частиц, а наоборот, увеличивается во много раз. Сам Ферми объяснил этот факт тем, что нейтральной частице вовсе не нужна большая энергия для попадания в ядро. Напротив, чем меньше энергия частицы, а следовательно, и ее скорость, тем больше времени она будет находиться вблизи ядра и поэтому тем больше будет вероятность ее захвата.
Примерно в то же время было установлено, что во многих случаях захват нейтрона приводит к появлению искусственной радиоактивности. Так, при попадании нейтрона в ядро натрия происходит реакция
23Na + « -> 24Na+ 7-
124
\
Образующиеся при этом ядра изотопа натрия Na нестабильны и, прожив в среднем несколько часов, распадаются с испусканием электрона, превращаясь в атомы другого элемента — магния:
??Na -> 5^Mg + /3-.
Таким образом, в результате облучения нейтронами обычная поваренная соль превращается в радиоактивное вещество. Аналогичная картина наблюдается и при облучении нейтронами других элементов. При этом следует подчеркнуть, что почти во всех случаях образующийся после ?-распада элемент" имеет порядковый номер на единицу больше исходного. Последнее обстоятельство натолкнуло некоторых физиков на мысль: нельзя ли использовать нейтроны для получения более тяжелых элементов, чем последний из известных в природе элементов — уран. Ведь по аналогии с предыдущим должен существовать двустадийный процесс:
2IlU + /! -> 239?и + 7; 23992 U - 23993 Х + /Г.
Поисками неизвестного 93-го элемента X занялись, в частности, немецкие ученые Ган и Штрассман. Каково же было их удивление, когда при облучении нейтронами урана они обнаружили появление не одного, а нескольких радиоактивных веществ. Проведя со своими образцами много химических реакций и отмечая всякий раз, как ведет себя радиоактивное вещество (остается в растворе или выпадает в осадок), Ган и Штрассман установили еще более удивительный факт: по химическим свойствам радиоактивные продукты облученного урана ничем не отличаются от давным-давно известных элементов, стоящих в середине периодической системы, например таких, как барий и стронций. Твердо установив этот факт, Ган и Штрассман совместно с Майтнер пришли к выводу, что при попадании нейтрона в ядро урана происходит ядерная реакция особого типа: ядро делится на два примерно одинаковых по массе осколка, в результате чего из одного ядра урана образуются два ядра более легких элементов. Так, в 1939 году почти "случайно" было открыто деление ядер урана — процесс, которому в дальнейшем было суждено оказать существенное влияние на науку, экономику, военное дело и политику всего мира.
125
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
"Дедушка ядерной физики" Резерфорд, сделавший ряд весьма важных открытий в области микромира, до конца жизни не верил в возможность практического использования ядерной энергии. Для этого у него были весьма серьезные основания. Чтобы вызвать ядерную реакцию с помощью заряженной частицы, последней необходимо сообщить энергию, достаточную для преодоления отталкивающего поля ядра. И если даже при реакции выделится гораздо большая энергия, чем энергия, затраченная на ускорение первой частицы, все равно общий энергетический баланс оказывается отрицательным: подавляющее число первичных частиц "пропадает зря", а на их ускорение тоже затрачивалась энергия. Нейтроны полностью используются, но их сначала надо получить, а получаются они опять-таки в реакциях с заряженными частицами. Короче говоря, во всех случаях, с которыми имели дело физики до конца 30-х годов, затраты энергии на те или иные ядерные процессы были неизмеримо больше той энергии, которая выделялась при этих процессах. Этим объяснялся пессимизм Резерфорда и многих других ученых того времени.
