Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
вые был использован ускоритель частиц Джона Кокрофта и Эрнеста Уолтона для осуществления искусственного распада атомного ядра.
До открытия нейтрона несколько групп исследователей показали, что бомбардировка бора и бериллия а-ча-стицами приводит к образованию проникающего излучения, которое может выбивать протоны из содержащих водород поглощающих материалов. Проведя многочисленные эксперименты Чэдвик продемонстрировал, что это излучение практически представляет собой поток нейтральных частиц с массой, почти равной массе протона.
Аналогичную частицу, но как комбинацию протона и электрона, кото-
^ На Земле постоянно образуются незначительные количества трансурановых элементов. В ходе процесса, описываемого в настоящей статье, уран в урановой руде поглощает нейтроны, образующиеся в результате естественного излучения, и превращается в нептуний и плутоний. Кроме того, в космосе могут распространяться и попадать на Землю трансурановые элементы, образуемые в результате мощных космических взрывов.
62
Los Alamos Science Number 26 2000
От алхимии к атомам
Периодическая таблица элементов - 1941 год
1 H 2 He
3 Li 4 Be 5 В 6 с 7 N 8 О 9 F 10 Ne
и Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
19 К 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr
37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe
55 Cs 56 Ba 57 * La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
87 Fr Ra 89 ** Ac 90 Th Ii Pa 92 и 93 X 94 X
58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 ?? 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu
Ключ к элементу
Массовое число А
Атомный номер Z
Ih
Символ
элемента
Протон
0
Нейтрон
О
Водород Дейтерий
0
©
н
H
Уран-238
+ V f + ++
+ + +± + + +^++ -jj, tV
4- ^ [Щ-+ +
+5^ +4 ++ +-I-+
238
92
и
Рис. 1. Элементы и ядра
В верхней части рисунка показана периодическая таблица элементов в том виде, как она выглядела в 1941 году. В каждом столбце содержатся элементы с аналогичными химическими свойствами. В каждой строке приводятся элементы, следующие в порядке увеличения атомного числа Z - числа протонов в ядре атома. В 1941 году элементы далее урана идентифицированы не были, а торий, протактиний и уран считались переходными металлами. Джеймс Чэдвик открыл нейтрон - нейтральную частицу почти с такой же массой, как и положительно заряженный протон. Его открытие привело к получению четкой модели ядра. Каждое ядро имеет Z протонов, N нейтронов и массовое число A=Z+ N. Водород, самый первый элемент, имеет простейшее ядро (состоящее из одного протона). Дейтерий - изотоп водорода (изотопы одного и того же эле-мента имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов). Ядро следующего элемента, гелия, также известно как а-частица. Размер ядер увеличивается примерно как А1/3. Таким образом, уран-238 (с 238 нуклонами - протонами плюс нейтронами) представляет собой огромное ядро в форме, подобной мячу для регби. Уран имеет два стабильных изо-Джеймс Чэдвик топа - уран-235 и уран-238
рую назвали нейтроном, еще в 1920 году предсказал Эрнест Резерфорд. Резерфорд вместе с Ройдсом уже в 1908 году доказал, что а-частицы - это ядра гелия. К 1911 году Резерфорд показал, что почти вся масса атома содержится в крошечном положительно заряженном ядре. После открытия нейтрона как незаряженной элементарной частицы ядро представлялось состоящим из нейтронов и протонов. Число протонов Z определяет электрический заряд ядра, который является признаком элемента, а массовое число А определяет изотоп (см. рис. 1).
Кроме того, открытие Чэдвика пролило свет и на вызываемые нейтронами ядерные превращения. Мечта алхимиков о превращениях элементов стала реальностью еще в 1919 году, когда Резерфорд показал, что в результате бомбардировки ядер а-частицами образуются продукты реакции, отличные от ядер мишени. Например, азот-14 преобразуется в кислород-17 в результате реакции
1^N + ^He 1^O + р . (1)
Альфа-частица (ядро гелия-4) поглощается азотом, при этом создается кратковременное неустойчивое состояние ядра, которое, испуская протон, быстро распадается с образованием кислорода-17. Эти и другие известные в то время реакции происходили под воздействием положительно заряженных частиц, а именно, протонов или а-частиц, энергия которых должна была быть достаточной для преодоления кулоновского отталкивания ядра мишени. Ho у нейтронов нет электрического заряда, а следовательно, нет и кулоновского барьера, который нужно преодолевать. Поэтому они могут проникать в вещество и поглощаться ядрами легче, чем заряженные частицы.
Первым, кто понял, что нейтрон играет большую роль в освобождении заложенной в ядре энергии, был венгерский физик JIeo Сцилард. 12 сентября 1933 года Сцилард сделал предположение о возможности цепных реакций, вызываемых нейтронами. Он предположил, что нейтрон может вызывать ядер-
