АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

РАДИОАКТИВНОСТЬ

В 1896 году французский учёный Беккерель заметил, что уран испускает невидимые лучи, которые проходят сквозь чёрную бумагу, защищающую фотопластинку от света, и оставляют на пластинке отчётливый след. Изуче­ние природы этих лучей привело к целому ряду замеча­тельных открытий.

Оказалось, что атомные ядра урана, тория, радия и других тяжёлых элементов неустойчивы. Без всякого внешнего воздействия, под влиянием внутренних причин, они распадаются, меняют свою природу. При этом и про­исходит испускание открытых Беккерелем лучей. Атомы, способные к таким превращениям, были названы радио­активными, а происходящие в них превращения получили название радиоактивных превра­щений.

Рассмотрим это явление на примере элемента радия. В атомных ядрах радия 226 частиц: 88 из них — протоны, остальные 138 — нейтроны. При радиоактивном превра­щении из ядра радия выбрасывается частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов. Её условились назы­вать альфа-частицей («альфа» — первая буква греческого алфавита). Альфа-частица — это уже знакомое нам ядро атома гелия. Та часть ядра атома радия, кото­рая остаётся после вылета альфа-частицы, оказывается ядром атома нового элемента радона с зарядом 86 и мас­сой 222. В этом ядре как раз на два протона и два ней­трона меньше, чем в ядре радия.

Схема радиоактивного превращения радия в радон и гелий изображена на рис. 6.

Альфа-частицы выбрасываются и многими другими тя­жёлыми ядрами, например, ядрами урана 238 и 235, то­рия 232, радона 222 и 220. Они вылетают из недр радио­активных ядер с огромными скоростями (15 000 — 20 000 километров в секунду). Их-то и можно использо­вать в качестве «ядерных снарядов».

Некоторые радиоактив­ные ядра, распадаясь, вы­брасывают не альфа-ча­стицу, а электрон (иначе называемый бета-ча­стицей; «бета» — вто­рая буква греческого ал­фавита). При этом заряд остающегося ядра увели­чивается на единицу, а

Масса почти не меняется. Примером такого распада может служить распад висмута 210 (рис. 7). В результате подоб­ного радиоактивного превращения в ядре висмута стано­вится одним нейтроном меньше, но зато число протонов увеличивается на единицу. При этом получается ядро элемента полония. Дело происходит так, как если бы один

Из нейтронов в ядре пре­вратился в протон.

Утверждение о том, что из ядра висмута 210 вылетает электрон, может вызвать недоумение. Ведь в ядре электронов нет. Тем не менее здесь нет ника­кой ошибки. Дело в том, что нейтроны и протоны, из которых состоит ядро, могут при определённых условиях превращаться друг в друга. Превращение нейтрона в про­тон и приводит к появлению электрона:

О(нейтрон)1 —Ь +1 (протон)1+_1 (электрон)0 *).

*) Слева внизу указаны заряды частиц, справа вверху — их мас­совые числа. Масса электрона очень мала по сравнению с массами протона и нейтрона. Поэтому мы считаем её равной нулю в этой условной записи.

З В. А. Лсшкові'ев

Электроны, вылетающие из ядер висмута 210, актиния 227 и 228, протактиния 234 и других тяжёлых элементов, имеют скорости, сравнимые со скоростью света, которая равна 300 ООО километров в секунду. Поэтому они могут проходить сквозь слой металла толщиной в несколько миллиметров.

В некоторых случаях радиоактивные превращения со­провождаются появлением чрезвычайно проникающего излучения—так называемых гамма-лучей («гамма»— третья буква греческого алфавита). Гамма-лучи имеют такую же природу, как свет или радиоволны, но обладают значительно большей энергией. Это позволяет им прохо­дить сквозь толстые слои вещества.

Лучшими поглотителями гамма-лучей являются сви­нец и висмут, но и в них эти лучи проникают на глубину более 10 сантиметров.

Радиоактивный распад происходит не сразу со всеми атомами, а постепенно. Каждую секунду распадается только некоторая доля атомов. Закон, по которому умень­шается количество радиоактивного вещества, очень прост: от любого количества данного радиоактивного вещества половина остаётся через одинаковое время. Время, в тече­ние которого распадается половина имеющегося радио­активного вещества, называют периодом полурас­пада (т. е. распада наполовину).

Период полураспада висмута 210 равен 5 дням. За это время как от 10, так и от 100 граммов висмута останется половина: 5 или 50 граммов. Ещё через 5 дней оставшееся количество висмута снова уменьшится наполовину и бу­дет уже равно 2,5 или 25 граммам, и т. д.

Различные радиоактивные вещества имеют разные пе­риоды полураспада. Например, уран 238 распадается наполовину только за 4,5 миллиарда лет. Если бы он распадался значительно быстрее, его не сохранилось бы на Земле. Период полураспада радия равен 1590 лет, а полония 212 — всего лишь 3 десятимиллионных доли секунды.

Несмотря на столь быстрый распад полония 212, он до сих пор встречается в природе. Запасы его непрерывно по­полняются за счёт других элементов, распад которых при­водит к образованию полония 212. У миошх радиоактив­ных элементов ядра, остающиеся после распада, в свою очередь оказываются радиоактивными. Поэтому возни­

Кает целая цепочка радиоактивных элементов, последова­тельно переходящих друг в друга. Этот процесс продол­жается до тех пор, пока в результате очередного распада не появляется устойчивое нерадиоактивное ядро.

При радиоактивном распаде выделяется очень большая энергия, уносимая альфа - и бета-частицами и гамма-излу­чением. Энергия, выделяемая радиоактивными атомами, является атомной энергией. Она освобождается в результате процессов, которые происходят в атомных ядрах распадающихся элементов. Правда, у большинства радиоактивных веществ распад происходит крайне мед­ленно и поэтому энергия, освобождаемая, например, в те­чение часа, оказывается сравнительно небольшой. Так, один грамм радия выделяет в течение часа всего 140 ма­лых калорий теплоты. Таким количеством теплоты можно 140 граммов воды нагреть на 1° С. Но за это время распа­дается только 5 миллиардных долей грамма радия. Если же подсчитать всю теплоту, выделяемую при распаде одного грамма радия, то она составит около 3 ООО ООО ООО малых калорий. Таким количеством теплоты можно на­греть 30 тонн воды от 0° до кипения. Для получения та­кого же количества теплоты необходимо сжечь 375 кило­граммов самого высококачественного угля. И всё это даёт только один грамм радия! Однако эта энергия освобож­дается крайне медленно, за несколько тысяч лет, и потому её очень трудно использовать для практических целей.