Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Подобных лестниц в мире атомов несколько. Они объединяют в «семьи» много естественно радиоактивных веществ.

Существуют в микромире и радиоактивные лестницы, сделанные человеком. Первыми научились их строить видный французский физик Фредерик Жолио-Кюри и его жена Ирэн Кюри.

Естественная и искусственная радиоактивность в наши дни верно служит технике, биологии, медицине. Из-

лучение радия, кобальта-60 применяется для лечения опухолей. Атомы, меченные радиоактивностью, помогают решать сложные задачи науки и практики. Но такие вещества пока еще не являются источниками полезной работы. Правда, в последние годы на их основе научились устраивать светящиеся указатели, даже нечто похожее на миниатюрные лампочки. Сообщалось, например, о «лампочке» величиной с кнопку и мощностью в 20 миллионных долей ватта, которая светит непрерывно в течение пяти лет. Сделана эта световая батарейка из смеси измельченного фосфора с окисью искусственно радиоактивного элемента прометия-147, излучающего электроны. Существуют и электрические батарейки на искусственно радиоактивных материалах в сочетании с полупроводниками. Однако подобные примеры — исключение. Для нужд большой энергетики радиоактивные вещества неприменимы: слишком медленно, слишком малыми дозами они отдают свою энергию. И причина здесь та, что по радиоактивной лестнице путь ядер к устойчивости невообразимо долог.

Когда наш юный читатель, сделав уроки, бежит играть в футбол, он скачет по лестнице сразу через две— три ступеньки. Иные ловкачи ухитряются перемахивать и через пять — шесть ступенек! Разумеется, нижней лестничной площадки они достигают куда раньше, чем степенные старушки, которые не спеша ступают на каждую ступеньку,

А почему бы ядрам тоже не попробовать «скакать через много ступенек» лестницы радиоактивности?

Нечто подобное иногда случается.

Может ли ядро урана «перескочить» через промежуточные состояния на пути к устойчивости? Да, но тогда, вместо того чтобы отдавать свое вещество и энергию «через час по чайной ложке», оно должно сразу отколоть от себя порядочный кусок. Тогда и энергии сразу выделится много.

В 1939—1940 годах советские ученые Г. Н. Флеров и К. А. Петржак доказали, что такое самопроизвольное раскалывание урановых ядер бывает. Оно ведет гораздо «ниже», чем лестница радиоактивности, и превращает урановое ядро в два ядра, каждое из которых гораздо легче ядра свинца. Но происходит это явление чрезвычайно редко. Чтобы в куске урана половина всех его атомных ядер сами собой раскололись, надо ждать сотни миллиардов лет! Урановое ядро — не особенный любитель «скакать через ступеньки», лишь в редчайших случаях борьба его внутренних сил приводит к столь резкой перестройке, как расщепление.

Тогда, может быть, есть способ как-нибудь заставить урановое ядро делиться? Что, если стрельнуть в него быстрым электроном? Он не пробьет брони электронной оболочки, а если и пробьет, то дойдет до ядра слишком слабеньким. Ударить в ядро протоном или другой тяжелой электрически заряженной частицей? Не выйдет. 92 протона уранового ядра совместными усилиями без труда оттолкнут пришельца прочь.

А если запустить в ядро нейтроном? Вот это другое дело! Электрическое поле нейтрону не преграда. Попав в ядро, он может легко проникнуть внутрь. И в некоторых случаях нейтрон, очутившийся в ядре, способен расщепить его, рассечь на два более легких ядра.

Убедившись в этом, физики распахнули двери в новую эру истории человечества — эру атомной энергии.

На музейной витрине под стеклом — невзрачные, ничем не примечательные с виду камни. Они похожи на булыжники, которыми мостят мостовые. Но поднесите к ним счетчик радиометра — и вы услышите в наушниках пулеметную дробь щелчков. Перед нами радиоактивное сырье. Уран...

Что это за металл, в чем секрет его столь громкой в паши дни славы?

Многим читателям ответы на такие вопросы известны, но мы все же вкратце напомним физическую сущность процессов в урановых ядрах, бомбардируемых нейтронами.

В природе существуют три разновидности урана—три изотопа: уран-234, уран-235 и уран-238. Протонов в атомном ядре каждого из них одинаковое число — 92.

Различаются же ядра разных изотопов количеством нейтронов.

Легче всего делится нейтронами уран-235. Однако в природе его очень мало — всего 7 граммов на килограмм естественного урана. И выделить уран-235 чрезвычайно трудно. На специальных заводах газообразные соединения урана многократно пропускаются через тонкие пористые перегородки. В конце концов, благодаря еле уловимому различию в весе атомов соединения неодинаковых изотопов металла оказываются в разных местах установки. Это очень дорогой и трудоемкий процесс, но техникой он вполне освоен.

Итак, в нашем распоряжении кусочек урана-235. Вот пришедший откуда-то нейтрон попал в одно из его бесчисленных атомных ядер и застрял там. На этот раз ядро удобно представить себе в виде круглой капли «ядерной жидкости». Очутившись в ней, нейтрон тотчас «потерял в весе», а освободившейся энергией привел каплю-ядро в возбужденное состояние. В капле нарушилось равновесие, начались быстрые нарастающие колебания. Они «раскачали» ядро, которое из-за этого потеряло сферическую форму, удлинилось. А тогда электрическое отталкивание протонов (оно, как мы помним, действует и на далеких расстояниях) начало одерживать верх над ядерным притяжением нуклонов. Капля вытянулась, пала похожа на разделяющуюся амебу, которую вы видели в учебнике естествознания. И вот уже исчезла ниточка, связывавшая обе части. Большая капля превратилась в две маленькие. Урановое ядро разделилось на осколки, на ядра других, более легких и устойчивых элементов.

Гонимые электростатическим отталкиванием протоков, ядра-осколки стремительно разлетелись в разные стороны и растолкали окружающие атомы.

Маленькая, на первый взгляд, подробность: при делении освободилось несколько нейтронов. В образовании ядер-осколков они оказались попросту лишними, как бы строительным отходом. Но это — факт огромной важности. Именно благодаря освобождению «лишних» нейтронов делается возможной так называемая цепная реакция деления урановых ядер и выделение громадных количеств атомной энергии. Ведь выпущенные на волю «лишние» нейтроны способны расколоть другие урановые ядра, те при последующих делениях, в свою очередь, рождают новые свободные нейтроны и т. д.

Правда, в небольшом куске урана цепочка последовательных делений ядер быстро оборвется. Многие из нейтронов, получивших свободу, уйдут за пределы маленького куска, не успев ничего сделать.