Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

Внутри дуантов нет электрического поля, но на летящие ионы действует магнитное поле электромагнита и заставляет их двигаться по окружности, т. е. искривляет путь движения ионов. Это движение продолжается до тех пор, пока ионы не выйдут в пространство между дуантами.

К этому времени дуанты меняют знаки своих зарядов, и ионы снова получают дополнительный толчок, направленный к отрицательному дуанту. Далее они попадают внутрь второго дуанта, но теперь движутся с большей, чем раньше, скоростью и описывают окружность большего радиуса. Затем ионы снова проскакивают в первый дуант и т. д.

Внутри дуантов ионы двигаются по так называемой развертке. Когда ускоренные таким образом ионы достигают наибольшей возможной при данных размерах дуантов скорости, они с помощью отрицательно заряженной пластины меняют свое направление и выводятся из дуантов через окошечко (см. рис. 7б) на облучаемое вещество.

Если в камеру циклотрона впускают газообразный гелий, то получаются гелионы — альфа-частицы, если водород, то протоны, если тяжелый водород (изотоп водорода с массой 2), то дейтроны.

В последнее время в камеры ускоряющих установок стали вводить газы со сравнительно тяжелыми атомами, например азот. Благодаря этому из урана, например, можно получить сразу элемент с порядковым номером 99.

В настоящее время построены сверхмощные ускоряющие установки — синхрофазотроны (рис. 8), которые несколько отличаются по принципу действия от циклотрона и дают возможность сообщать частицам громадную энергию — до 10 миллиардов электрон-вольт. Энергия этих частиц во много раз превышает энергию частиц, получаемых в циклотроне, и в сотни раз энергию частиц природных радиоактивных элементов. При попадании таких частиц в ядро атома последнее претерпевает большие изменения и от него откалываются протоны и нейтроны в большом количестве или «осколки», представляющие собою ядра атомов легких элементов.

На описанных установках можно получать не только быстрые заряженные частицы, но и нейтроны, направляя дейтроны на бериллиевую пластинку. В этом случае происходит следующая реакция:

Большой циклотрон может дать несколько тысяч миллиардов нейтронов в секунду.

С помощью циклотрона и других аппаратов было исследовано большое количество ядерных превращений и получены радиоактивные изотопы всех элементов периодической системы Менделеева.

Большое значение для получения искусственно радиоактивных элементов сыграл урановый ядерный реактор, о котором мы будем говорить позднее.

В настоящее время удалось также получить элементы, которые не найдены в природе и имеют порядковые номера 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астатин) и 87 (франций); а также так называемые трансурановые (стоящие после урана в периодической системе) элементы с порядковыми номерами от 93 до 102.

Излучение искусственно радиоактивных изотопов более разнообразно, чем природных. Большое число их обладает позитронным излучением, распад многих искусственно радиоактивных изотопов сопровождается рентгеновским излучением, которое от гамма-лучей отличается большей длиной волны, а следовательно, и меньшей проникающей способностью.

Большое практическое значение имеют те радиоактивные элементы, период полураспада которых не слишком мал и которые легко могут быть получены. Ниже приведены некоторые искусственные радиоактивные изотопы, используемые при различных исследованиях.

Как известно, ядра всех атомов, за исключением легкого водорода, состоят из нейтронов и протонов. Нейтроны и протоны в ядре прочно связаны друг с другом, поэтому разрушить ядро очень трудно. Тем не менее удается осуществить ядерные реакции, то есть такие реакции, при которых ядра атомов одних химических элементов превращаются в ядра атомов других химических элементов или изотопные ядра. Ядерные реакции осуществляются под действием протонов, нейтронов, дейтронов, альфа-частиц и т. д. В большинстве случаев необходимо, чтобы перечисленные выше частицы имели очень высокую энергию.

Чтобы расщепить ядро атома на протоны и нейтроны, необходимо затратить большую энергию. Наоборот, в случае соединения протонов и нейтронов с образованием ядра атома будет происходить выделение энергии. Закон сохранения энергии говорит, что энергия не может исчезнуть и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы в другую. Согласно этому закону энергия, которую необходимо затратить на то, чтобы разложить ядро атома на протоны и нейтроны, равна энергии, выделяющейся при образовании этого ядра из протонов и нейтронов. Такая энергия называется полной энергией связи ядра атома. Если ее разделить на число протонов и нейтронов в ядре, то получится средняя энергия связи нуклона (протона или нейтрона) в ядре, приходящаяся на один нуклон.