Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

Не одиночные реакции деления ядра урана, а цепные реакции, в которых принимают участие атомные ядра большой массы вещества, — вот единственная тропинка, которая могла привести к практическому использованию ядерной энергии!

До открытия реакции деления об этой тропинке ничего не было известно. Но в 1939 году Ф. Жолио-Кюри уже знал, где ее искать.

Деление каждого ядра урана сопровождается рождением нескольких нейтронов. Казалось бы, эти нейтроны могли, в свою очередь, вызывать деление новых ядер, и в реакцию была бы вовлечена большая масса вещества. Однако окончательный вывод о том, могут ли развиваться цепные реакции в уране, зависел от количества нейтронов, сопровождающих деление.

Итак: вопрос: «Получит или не получит человечество новый источник энергии?» — можно было поставить более конкретно: «Сколько нейтронов испускается при делении одного ядра урана?» Окажись их в среднем меньше двух с половиной — и реакция деления представляла бы только чисто научный интерес.

Ф. Жолио-Кюри в сотрудничестве с Г. Альбаном установил, что при делении урана испускается в среднем около трех вторичных нейтронов. И этот факт сразу показал, что цепные ядерные реакции оказались реальным способом получения ядерной энергии.

Но, как и всякое открытие в любой области науки, цепные ядерные реакции деления можно было использовать как в мирных, так и военных целях. Настало время, когда человечество должно было сделать свой выбор: строить реакторы, где ядра урана под контролем непрерывно отдавали бы избыток энергии, или создавать бомбы, в которых неконтролируемые цепные реакции вызывали бы взрыв колоссальной разрушительной силы. Вторая мировая война способствовала осуществлению трагического предвидения поэта А. Белого. И лишь после окончания войны были перевернуты последние страницы истории овладения ядерной энергией. Атомные ядра приобрели, наконец, мирную профессию, и приобрели ее поначалу в Советском Союзе.

Первая в мире ядерная электростанция — Обнинская — продемонстрировала всему миру, какую пользу может принести людям управляемая ядерная реакция.

Но, подарив людям ядерную реакцию, физики еще очень мало знали о самом ядре. Бытовые подробности жизни крепко спаянного ядерного коллектива нуклонов оставались неизвестными. Как протон и нейтрон ведут себя в ядре, как общаются друг с другом, каким они подчиняются законам?

Исследователи вправе были ожидать, что познание этих законов даст им возможность управлять атомными ядрами, по желанию создавать необходимые людям вещества, одним словом, «вить из ядра веревки».

Многие полагали, что кратчайший путь к этой цели ведет через тщательное изучение взаимодействий двух отдельных нуклонов. Наблюдения за столкновением протона с протоном, протона с нейтроном, казалось, должны были в значительной мере прояснить взаимоотношения между этими частицами в ядрах.

В крупнейших лабораториях мира были созданы ускорители протонов. В огромных установках, похожих на заводы, с помощью сложнейших приборов ученые следили за моментом встречи между двумя свободными нуклонами. Частицы сталкивались, разлетались, образовывались новые частицы, а тайна строения ядра оставалась неразгаданной. Думали, что еще немного терпения, еще серия экспериментов, еще сильнее разогнать протоны, и можно будет понять основные принципы поведения нуклонов в ядрах. Но… наращивая свою мощь, ускорители увеличивались в размерах, разгоняемые ими протоны становились все более быстрыми, наблюдения накапливались, а ядро продолжало оставаться столь же загадочным и полным тайн, как улыбка леонардовской Моны Лизы.

Ожидания физиков-ядерщиков не оправдались. Мимолетные встречи нуклонов большой энергии мало походили на отношения, сложившиеся в долгоживущем сгустке ядерных нуклонов, пропитанном мощными ядерными силами. Чем с большей энергией сталкивались нуклоны, тем с большей вероятностью рождались новые частицы, не имевшие никакого отношения к ядру.

Неожиданно перед физиками открылся густонаселенный мир элементарных частиц и возникли сотни новых труднейших вопросов. Этими вопросами и занялась выросшая из недр «Ядерной физики» «Физика элементарных частиц». А исследователи атомных ядер начали нелегкую работу по вскрытию глубинных пластов сокровенных свойств атомных ядер.

Все, что было известно о сердцевине атома, подталкивало к мысли, что ядро нельзя рассматривать как сообщество отдельных нуклонов, как нельзя и организм считать простой суммой большого количества клеток.

— Выходит, что первая атака на ядро не совсем удалась? Физики довольно легко овладели отдельными бастионами и взяли богатый трофей — ядерную энергию, — но крепость-то не пала?! А каков будет следующий штурм и есть ли общий стратегический план всей операции?

— Сражения происходят непрерывно на всех направлениях, однако генерального плана пока нет.

Составить общий план овладения тайнами ядра не так-то просто из-за необычности и недоступности тех сил, что держат оборону атомного ядра.

С момента обнаружения крошечной крепости в центре атома на Земле появилось третье поколение людей, и никто из них ни разу не пожаловался на какие-либо неприятности, которые доставило бы им незнание свойств ядерных сил. Дело в том, что они никак не проявляют себя в нашей повседневной жизни. Не то что гравитация или электричество! Но недоступные чувственному опыту силы ядра — основа куда более могучих и всеохватывающих процессов в природе.

Гравитационные поля, пронизывающие просторы космоса, формируют галактики и звездные скопления, но именно ядерные реакции зажигают эти звезды.

Бесспорно утверждение, что окружающий нас мир густо насыщен самыми разнообразными электромагнитными явлениями. Биологические, химические и многие-многие другие процессы регулируются этими взаимодействиями. Но все многообразие стабильных веществ опять-таки обеспечивают ядерные силы, сдерживающие протоны и нейтроны в атомных ядрах химических элементов.

Впервые эти могущественные силы громко заявили о себе, когда Э. Резерфорд с помощью альфа-частиц «щелкнул по лбу» атомное ядро.

Не сразу удалось физикам точно установить, кто же нанес ответный удар. И подозрение поначалу пало на старых знакомых: тяготение и электромагнитные силы. Но первая кандидатура быстро отпала. Элементарные частицы столь легки, что даже на ничтожно малых расстояниях в атомном ядре они едва-едва ощущали гравитационное притяжение друг к другу. Со второй дело было немного сложнее.