Моисей Нейман - Термоядерное оружие

Гениальный русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев открыл один из важнейших законов природы — периодический закон химических элементови создал на его основе свою замечательную классификацию — периодическую систему элементов, изображенную на рис. 1. Представив периодическую систему в виде таблицы, Д. И. Менделеев так расположил в ней все известные в 1869 году элементы, что каждый элемент оказался на том месте, которое соответствует строению его атомов. В таблице обычно пишут названия элементов, их условные обозначения, порядковые номера и атомные веса [3] Атомный вес — число, показывающее, во сколько раз данный атом тяжелее атома водорода (точнее — одной шестнадцатой атома кислорода). . В некоторых таблицах указывают также распределение электронов по слоям вокруг атомного ядра каждого элемента.

Менделеев предсказал существование в природе еще неизвестных человеку элементов, оставив для них места в своей периодической системе. На основе периодического закона Менделеев предсказал свойства этих, еще не открытых, элементов. Предвидения Менделеева блестяще оправдались — все указанные элементы были впоследствии открыты и свойства их соответствовали предсказанным.

Некоторые элементы в природе не найдены, но они были получены из других элементов путем ядерных превращений, в частности, искусственно были получены заурановые элементы с порядковыми номерами в таблице от 93 до 102. Ученые, приготовившие в 1955 году элемент № 101, заранее предсказали его свойства, применив для этого хорошо подтвердившийся метод Д. И. Менделеева; в честь великого русского ученого они предложили назвать элемент № 101 менделевием.

Атом имеет сложное устройство. В центре атома находится маленькое, но очень плотное ядро, вокруг которого с большой скоростью (десятки тысяч километров в секунду) вращаются электроны, заряженные отрицательным электричеством. У атомов разных элементов — разное число электронов, например, у водорода вокруг ядра движется только 1 электрон, у гелия — 2, у лития — 3, у урана — 92 электрона. Это число электронов равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Ядро атома заряжено положительным электричеством. Положительный заряд ядра равен по величине порядковому номеру элемента. Суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, поэтому атом в целом нейтрален.

Строение атома часто сравнивают со строением солнечной системы. Подобно тому, как Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Однако есть и большое различие между этими системами. Между Солнцем и планетами действуют силы тяготения, а между ядром атома и электронами — силы электрические. Планеты движутся вокруг центрального небесного тела по определенным орбитам. Их движение подчинено законам механики, открытым Ньютоном. В атоме движение электронов подчинено более сложным законам микромеханики, иначе называемой квантовой механикой. Ранее существовавшее мнение о том, что электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам, оказалось ошибочным. Из квантовой механики следует, что электроны при своем движении вокруг ядра, будучи расположены как бы слоями, движутся в пределах атома не по строго определенным направлениям. Наиболее вероятным является нахождение электрона в центральной части атома. Эта вероятность убывает по мере удаления от центра атома. Таким образом, каждый электрон может находиться в любом месте атома, но чаще всего он бывает вблизи атомного ядра. Поэтому говорят, что электроны образуют в атоме подобие облака, плотность которого убывает по направлению от центра к периферии, как показано на рис. 2, а . По современным представлениям атом является не плоской, а объемной системой, в то время как Солнце и планеты расположены почти в одной плоскости, как схематически показано на рис. 2, б .

Простейшее ядро — ядро водорода — названо протоном. Электрический заряд его положительный; он равен единице. Протон, а также электрони позитронназываются элементарными частицами. Кроме того, элементарными частицами являются: нейтрон— частица приблизительно такой же массы, как и протон, но не имеющая электрического заряда, нейтрино— нейтральная частица с весьма малой массой [4] В дальнейшем для упрощения при описании ядерных процессов не будет указываться нейтрино, так как это не требуется для первоначального ознакомления с этими процессами. и некоторые другие. Элементарными их называют условно. В действительности эти частицы имеют, по-видимому, сложное строение. В. И. Ленин сказал по этому поводу: «Электрон так же неисчерпаем, как и атом…»

Развитие науки и техники в XX веке вооружило человека такими средствами, которые позволили разрушить и преобразовать в другие виды материи ряд элементарных частиц. Электроны и позитроны при взаимодействии могут превращаться в гамма-кванты. Протон имеет сложное строение. Установлено, что нейтрон радиоактивен и способен распадаться с образованием протона, электрона и нейтрино. В 1955 и 1956 гг. удалось в лаборатории получить новые, предсказанные учеными элементарные частицы — антипротон, масса которого равна массе протона, но его заряд — отрицательный, и антинейтрон— частицу, подобную нейтрону, но отличающуюся от него некоторыми ядерными свойствами. Предела делимости материи не существует. Следовательно, и электрон и другие элементарные частицы не являются неделимыми по своей природе.

Ядра всех атомов построены из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре, определяющее его положительный заряд, равно порядковому номеруэлемента (в периодической системе). Сумма чисел протонов и нейтронов определяет вес ядра и называется массовым числом.

Зная массовое число и порядковый номер, легко определить число протонов и нейтронов в ядре атома. Если, например, известно, что порядковый номер фосфора равен 15, а его массовое число — 31, то в ядре фосфора содержится 15 протонов и 31-15=16 нейтронов. Если массовое число урана равно 238, а его порядковый номер — 92, то это значит, что в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов.