Моисей Нейман - Термоядерное оружие

Когда еще не была разработана теория радиоактивного распада, этот элемент получил название UX 1(уран икс-один), которое встречается до сих пор. UX 1радиоактивен и распадается, выбрасывая из ядра бета-частицу.

Как уже было указано, бета-частица образуется при превращении нейтрона в протон. При таком превращении массовое число остается без изменения, но число протонов в ядре увеличивается на единицу. Поэтому порядковый номер элемента, образующегося при бета-распаде, возрастает на единицу по сравнению с порядковым номером материнского элемента. Это значит, что при бета-распаде 90Th 234образуется изотоп 91-го элемента — протактиния, а именно 91Pa 234. Этот изотоп иногда называют UX 2. Изложенный метод может быть легко применен и к другим случаям радиоактивного распада.

Испуская альфа-лучи, радий 88Ra 226самопроизвольно превращается в газ радон, который, испуская альфа-частицу, в свою очередь превращается в RaA — элемент с порядковым номером 84 и массовым числом 218.

В результате длинной цепи превращений после выброса еще трех альфа-частиц и четырех бета-частиц в конце концов образуется свинец 82РЬ 206, являющийся устойчивым элементом. При разрушении радия количество его уменьшается вдвое через 1590 лет. Остаток уменьшается вдвое еще через 1590 лет и так далее. Время, в течение которого распадается половина атомов радиоактивного элемента, называется его периодом полураспада. У разных элементов период полураспада не одинаков. Например, период полураспада радона равен 3,8 суток, а период полураспада урана 92U 238превышает 4,5 млрд. лет. Выяснилось, что элементарная частица нейтрон также неустойчива и, подобно радиоактивным элементам, имеет период полураспада, равный 12 минутам.

Уменьшение числа нераспавшихся атомов радиоактивного изотопа с течением времени определяется по формуле

где N 0— начальное число атомов радиоактивного изотопа;

N — число атомов, не распавшихся за время t ;

λ — постоянная радиоактивного распада (неизменная для данного радиоактивного изотопа), характеризующая вероятность распада атома за единицу времени;

е — основание натуральных логарифмов, е≈ 2,7.

Постоянная распада может быть выражена через период полураспада по формуле

Число атомов радиоактивного изотопа, распадающихся за единицу времени, называют активностью, или скоростью радиоактивного распада, определяя ее по формуле

Подставив на место λ ее значение из предыдущей формулы, получим

Из последней формулы следуют два вывода:

1. Активность (а следовательно и интенсивность излучения) пропорциональна количеству радиоактивного вещества (изотопа).

2. Активность тем больше, чем меньше период полураспада радиоизотопа.

Под действием лучей радия сернистый цинк (белая краска) и некоторые другие вещества начинают светиться. Ничтожная примесь радия к сернистому цинку делает эту краску светящейся в темноте. Такую светящуюся краску применяют для окрашивания стрелок, различных надписей, указателей и пр. в производстве часов, прицелов и некоторых других приборов, чтобы иметь возможность пользоваться ими ночью без освещения.

Радиоактивное излучение может убивать живые клетки. В первое время, когда биологическое действие излучений было недостаточно изучено, работающие с радиоактивными веществами иногда пренебрегали необходимыми мерами предосторожности. Так, на одной часовой фабрике за рубежом произошел следующий случай.

Работницы окрашивали стрелки часов радиоактивной краской, приглаживая губами разлохмачивающиеся в процессе работы кисточки. При этом радий попадал в полость рта, а когда работница проглатывала слюну или съедала свой завтрак, радий проникал в желудок. Спустя некоторое время начались массовые заболевания работниц. Вначале у них стала наблюдаться повышенная утомляемость, вплоть до того, что через час после начала рабочего дня работница становилась уже нетрудоспособной. Затем начались заболевания челюсти костной саркомой. Некоторые работницы в результате этих заболеваний умерли. При вскрытии трупа одной из умерших в ее организме были обнаружены миллионные доли грамма радия. Следовательно, радий (и некоторые другие радиоактивные вещества) даже в ничтожных дозах является сильным ядом. Заметим, что миллионная доля грамма радия ежесекундно испускает около 40 000 альфа-частиц.

Минералы, содержащие радиоактивные элементы, всегда несколько теплее окружающих горных пород. Это замечательное свойство свидетельствует о выделении энергии радиоактивными элементами. Измерения показали, что каждый грамм радия выделяет 137 калорий в час. Кусочек радия величиной со спичечную коробку за тысячи лет своего существования выделяет столько энергии, сколько может быть выработано крупной электростанцией в течение месяца. Однако как использовать эту энергию? Ведь радий выделяет ее чрезвычайно медленно. Нужно было найти способ ускорить выделение энергии радием. Ученые попытались сделать это. Чего только не делали с радием! Нагревали его до нескольких тысяч градусов, замораживали, действовали на него кислотами и другими реактивами — все напрасно. Радий оказался неподатливым, не подчинился человеку: 137 калорий в час — ни одной калории больше, ни одной меньше! Никакими способами ученые не смогли повлиять на скорость распада радия.

Однако если радий оказался таким «упрямым», не изменил скорость отдачи человеку своей энергии, то человек еще более настойчив. Ученые, поставив перед собой цель — овладеть атомной энергией, упорно продолжали свои исследования. И человек еще раз выиграл сражение с природой. Он овладел атомной энергией и заставил ее служить себе. Правда, радий все же пока еще не подчинился человеку, но нашелся другой, более «податливый» элемент — уран. Человек овладел атомной энергией урана. Это лучше, так как радий очень дорог, а уран по сравнению с ним дешев, его в природе больше. Раньше потребность в уране была сравнительно невелика. Уран расходовался главным образом для производства красок, в небольшом количестве применялся в фотографии в качестве усилителя. В настоящее время уран считают важнейшим стратегическим сырьем и используют преимущественно для получения атомной энергии.

Как уже было сказано, природный уран является в основном смесью двух изотопов с массовыми числами 238 и 235. Урана 238 в природном уране много — 99,28%, а урана 235 мало — только 0,72%. Вначале научились извлекать атомную энергию из чистого изотопа — урана 235. Отделить же уран 235 от урана 238 очень трудно. Химическое разделение невозможно, так как химические свойства их одинаковы. Для получения очень чистого урана 235 пришлось сооружать гигантские заводы, затрачивать огромные средства. Вот почему первое время использование атомной энергии обходилось очень дорого. На проведение исследовательских и производственных работ по созданию первых атомных бомб США израсходовали 2 млрд. долларов. На эти средства можно было бы построить, например, десятки тысяч самолетов.