Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Л =730/(10-60)= 1,22 расп./с. Отсюда
X = A/N =1,22/(2,55-1017) =4,78-10-18 с"1
175
и
T = (In 2)/Х = 0,693/(4,78-Ю-18) = 1,45•1O17 с.
Так как один год содержит 60-60-24-365 » 3,15•1O7 с, период полураспада урана по результатам нашего воображаемого эксперимента
Г= 1,45-Ю1 7/(3,15107) «4,6-109 лет,
что очень близко к принимаемому в настоящее время значению Г=4,5-109 лет.
Знание периодов полураспада урана, тория и других долго-живущих радиоактивных веществ позволяет определить возраст Земли, или, по крайней мере, ее внешней оболочки, или же, еще точнее, — урановой руды, добываемой на рудниках в числе других горных пород. Известно, что в результате серии последовательных распадов уран превращается в конце концов в стабильный элемент свинец. Эксперимент показывает, что в урановой руде действительно всегда есть свинец. Так как время всех превращений, следующих за распадом урана, ничтожно мало по сравнению с грандиозным периодом полураспада самого урана, этим временем можно пренебречь и считать, что уран сразу превращается в свинец: ведь самый большой период полураспада из всех продуктов урана составляет всего каких-нибудь 270 тысяч лет! Обычно предполагают, что в момент образования руды свинца в ней не было. В этом случае если количества урана и свинца в руде одинаковы, то с момента образования руды прошел ровно один период полураспада урана, т. е. возраст руды составляет 4,5•1O9 лет. В действительности свинца оказывается меньше, чем урана, поэтому возраст урановых руд оценивается обычно от 0,5-109 до 1,5•1O9 лет.
Очень интересное применение нашло другое радиоактивное вещество — неустойчивый изотоп углерода 14C, имеющий период полураспада около 5685 лет. Этот изотоп непрерывно образуется в земной атмосфере из азота под влиянием космических лучей. По всей вероятности, интенсивность космических лучей остается постоянной на протяжении многих тысячелетий. Значит, образование и распад ядер 14C также на протяжении многих тысяч лет идут с постоянной скоростью, в результате чего на Земле давно установилась определенная концентрация этого изотопа по отношению к обычному изотопу углерода 12C В природе углерод находится в непрерывном кругообращении: из атмосферы он в виде углекислого газа поглощается
176
растениями, затем переходит в организмы животных, а потом вместе с выдыхаемым воздухом поступает обратно в атмосферу. В результате такого обмена во всех живых организмах, в том числе и в Вашем организме, уважаемый читатель, концентрация радиоактивного углерода оказывается такой же, как и в атмосфере. Эта концентрация не так уж мала: в каждом грамме обычного углерода за счет имеющихся ядер 14C происходит около IS распадов за 1 мин. Такую активность можно обнаружить экспериментально.
После смерти организма обмен углерода с внешней средой прекращается и количество радиоактивного углерода в его останках начинает постепенно уменьшаться. Поэтому концентрация ядер 14C в предметах, извлекаемых из древних захоронений, гораздо меныде, чем в живых организмах, и по их различию можно определить возраст захоронения, подобно тому как немного ранее мы оценили возраст минералов. Описанный метод определения возраста могил был успешно проверен по куску кипариса, извлеченному из гробницы египетского фараона Снофру. Из других источников было известно, что этот фараон жил примерно 4600 лет назад. Такой же результат получился и при радиологическом анализе куска кипариса, причем возможные погрешности не превышали 7%. Теперь подобным методом определяют возраст захоронений до 40 тысяч лет, и для анализа достаточно иметь образец, содержащий всего около 1 г углерода.
Так ядерная физика помогает археологии, хотя, на первый взгляд, между этими науками нет ничего общего.
РАДИОАКТИВНОСТЬ СВОБОДНОГО НЕЙТРОНА
Нейтрон немного тяжелее протона. Правда, разница масс этих частиц очен* мала, но все же она больше массы электрона. Поэтому теоретики предсказали возможность 0-распада нейтрона, в результате которого он должен превращаться в протон, электрон и нейтрино:
п р + е~ + v.
Экспериментальной проверкой этого предположения занималась и группа советских физиков, руководимая П. Е. Спиваком.
177
Основная трудность задачи была связана с изготовлением нейтронного "образца". Дело в том, что нейтроны нельзя запасать и хранить как какую-нибудь жидкость в бутылке. Из какого бы материала ни был сделан чехол, нейтроны в нем не задержатся: они будут или поглощаться стенками сосуда, или пройдут через него насквозь, словно мелкий песок через редкое решето. Нельзя запасать нейтроны и непосредственно в веществе, так как в самом лучшем случае нейтрон успевает просуществовать около 1(Г3 с, после чего его захватит какое-нибудь ядро и он выйдет из игры. За столь короткий срок нейтрон не успеет распасться, поэтому, наблюдая нейтроны в веществе, ничего нельзя сказать о том, могут они распадаться или нет. В последние годы физики научились накапливать очень медленные, так называемые ультрахолодные, нейтроны в специальных полостях, где они живут гораздо дольше — до нескольких десятков секунд. Однако, как оказалось, и это время значительно меньше времени жизни свободного нейтрона.
