Моисей Нейман - Термоядерное оружие

Каждый химический элемент характеризуется определенным порядковым номером. Это объясняется тем, чго число протонов в ядрах атомов каждого элемента строго определенно. Что же касается числа нейтронов, то оно может изменяться в некоторых пределах.

Поэтому могут существовать разновидности атомов одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга массовым числом. Такие разновидности помещаются в одной и той же клетке таблицы Д. И. Менделеева и называются изотопамиэтого элемента. Слово «изотоп» происходит от двух греческих слов: «изос» — одинаковый и «топос» — место.

Многие природные элементы являются смесью нескольких изотопов. Простейший элемент водород оказался смесью приблизительно 99,98% легкого изотопа водорода ( протия) и 0,02% тяжелого изотопа водорода ( дейтерия). Известен также третий радиоактивный изотоп водорода — тритий. Ядро протия — не что иное, как протон. Ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона, т. е. его массовое число равно двум. Ядро трития состоит из одного протона и двух нейтронов (рис. 3).

В ядрах атомов гелия, порядковый номер которого равен 2, содержится, разумеется, 2 протона, но число нейтронов может быть равно 1 или 2. В природе действительно существуют два изотопа гелия с массовыми числами 3 и 4. Количество легкого изотопа гелия на Земле очень мало по сравнению с количеством тяжелого. Элемент литий характеризуется порядковым номером 3. В природе существуют два изотопа лития с массовыми числами 6 и 7; их называют литий 6 и литий 7.

В ядре атома тория (элемента № 90) имеется 90 протонов и 142 нейтрона, атомный вес его равен 232. Ядро атома одного из изотопов плутония (элемента № 94) содержит 94 протона и 145 нейтронов. Число нейтронов можно определить вычитанием числа протонов из общего числа частиц ( нуклонов), равного массовому числу.

Для упомянутого изотопа плутония расчет будет таким:

Для краткости изотопы обозначаются так же, как элементы — латинскими буквами. Слева внизу ставится порядковый номер, а справа вверху — массовое число изотопа. Например, протий, дейтерий и тритий обозначаются: 1H 1, 1Н 2и 1Н 3(иногда дейтерий и тритий обозначаются D и Т). Изотопы лития обозначаются 3Li 6и 3Li 7. Известны элементы, которые имеют только один природный изотоп. К числу таких элементов относится, например, фосфор, имеющий лишь один природный изотоп 15P 31. Некоторые элементы являются смесью большого числа изотопов, например, природное олово — смесь 10 изотопов.

В природе существуют химические элементы, которые испускают невидимые лучи, действующие даже сквозь непрозрачную бумагу на фотографическую пластинку. Если такую облученную фотографическую пластинку проявить, то она почернеет. Элементов, самопроизвольно испускающих лучи, известно довольно много: уран, радий, торий, радон и ряд других. Изотопы одного и того же элемента могут испускать неодинаковые лучи. Известны такие случаи, когда один из изотопов элемента испускает невидимые лучи, а другие не испускают. Например, у калия из трех его природных изотопов 19К 39, 19К 40и 19К 41только 19К 40испускает лучи.

Латинское слово «радиус» значит луч. Отсюда произошло название элемента радий, что значит лучистый. Все элементы, испускающие лучи, стали называть радиоактивными, а само явление лучеиспускания получило название радиоактивность. Радий — очень редкий и дорогой металл: он стоит дороже золота примерно в 10 тысяч раз. На всем земном шаре к нашему времени добыто человеком лишь несколько килограммов радия.

В магнитном поле радиоактивное излучение разделяется на части, отличающиеся друг от друга по своим свойствам (рис. 4). Различают альфа-лучи(α), бета-лучи(β) и гамма-лучи(γ). Неочищенный радий обычно содержит примесь других радиоактивных элементов. Такая смесь испускает все три вида лучей.

Альфа- и бета-лучи отклоняются в магнитном поле в разные стороны, а гамма-лучи не отклоняются.

Различные радиоактивные элементы испускают неодинаковые лучи. Радий 226 испускает только альфа-лучи. Один из изотопов водорода — тритий испускает только бета-лучи. Бета-излучение некоторых изотопов, например кобальта 60, сопровождается испусканием гамма-лучей. Схема действия на излучения этих изотопов магнитного и электрического полей показана на рис. 5. Бета-лучи представляют собой поток отрицательно заряженных электронов (бета-частиц), альфа-лучи — поток положительно заряженных альфа-частиц. Гамма-лучи — это лучи, не несущие электричества. Они обладают гораздо большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-лучи. В поражающем действии атомного оружия гамма-излучение, образующееся при атомном взрыве, играет наиболее существенную роль.

Заряд и массу альфа- и бета-частиц удалось измерить по их отклонению в магнитном и электрическом поле, а также другими методами. Масса электрона в 1837 раз меньше массы протона. Положительный заряд альфа-частицы в 2 раза больше заряда протона, а масса альфа-частицы превышает массу протона в 4 раза. Отсюда можно было сделать следующий вывод: альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, т. е. является ядром изотопа гелия 2Не 4. Этот вывод был подтвержден большим числом разнообразных опытов и в настоящее время не вызывает никаких сомнений.

Зная природу бета- и альфа-частиц, легко сделать заключение о том, какие изотопы образуются в результате радиоактивного распада различных элементов.

Если известно, что изотоп урана 92U 238претерпевает радиоактивный распад, испуская альфа-частицы, то ясно, что в ядре образующегося при этом дочернего элемента число протонов уменьшается на 2. Точно так же на 2 уменьшится число нейтронов. Так как в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов, то в ядре дочернего элемента останется 90 протонов и 144 нейтрона. Следовательно, дочерний элемент характеризуется порядковым номером 90, т. е. является изотопом тория. Его массовое число равно 90+144=234. Образующийся при распаде 92U 238изотоп должен обозначаться 90Th 234.