АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

ЭНЕРГИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР

Атомные ядра чрезвычайно прочны. Протоны и ней­троны удерживаются в ядре могучими ядерными силами притяжения. Чтобы вырвать из ядра протон или нейтрон, надо израсходовать значительную энергию. Только быст­рые «ядерные снаряды» могут производить такие ре­акции.

Особенно много энергии понадобилось бы для полного разрушения атомных ядер. Энергия, которую надо затра­тить для освобождения из ядра всех заключённых в нём протонов и нейтронов, называется энергией связи ядр а.

Ядро тяжёлого водорода состоит из протона и ней­трона. Энергия, необходимая для отрыва их друг от друга, примерно в 500 000 раз больше энергии, освобождаемой при горении угля[6]). Для разделения альфа-частицы на протоны и нейтроны понадобилось бы ещё в 14 раз боль­шая энергия. Таковы энергии связи ядра тяжёлого водо­рода и альфа-частицы.

Если отделение ядерных частиц друг от друга требует большой затраты энергии, то соединение их сопровож­дается освобождением энергии. По закону сохранения энергии расход энергии на разделение частиц должен равняться выделению энергии, когда те же частицы вновь соединятся. Следовательно, соединение протона и ней­трона в ядро тяжёлого водорода или двух протонов и двух нейтронов в ядро гелия (альфа-частицу) освобож­дает энергию, равную энергии связи.

Может возникнуть естественный вопрос. Соединение протона и нейтрона в ядро тяжёлого водорода происхо­дит под действием ядерных сил, притягивающих эти ча­стицы друг к другу. Никакие другие силы на протон и нейтрон не действуют, а сближение притягивающихся тел сопровождается, как мы уже знаем, выделением энергии. Но в случае ядра гелия нам приходится соединять два протона, а с уменьшением расстояния между ними они будут отталкивать друг друга всё сильнее и сильнее. Чтобы преодолеть это отталкивание и соединить протоны в ядро, надо затратить немалую энергию. Почему же образование ядра гелия и других более тяжёлых ядер из протонов и нейтронов приводит к освобождению огромной энергии?

Действительно, соединение протонов в ядра требует первоначального расхода энергии. Поэтому только бы­стрые протоны могут преодолеть взаимное отталкивание и приблизиться друг к другу на малые расстояния. Но, сблизившись, протоны станут уже притягиваться друг к другу: на близких расстояниях вступают в действие могучие ядерные силы. А эти силы значительно превосхо­дят силы электрического отталкивания. Поэтому при даль­нейшем сближении протонов энергии освободится значи­тельно больше, чем было израсходовано на их первона­чальное сближение. Таким образом, для соединения нескодыких протонов и нейтронов в ядра надо сначала затратить энергию; зато при дальнейшем их сближении освобождается- энергия, значительно превосходящая про­изведённый расход.

Казалось бы, что этот путь вполне пригоден для по­лучения атомной энергии в практических целях. Надо только взять много нейтронов и протонов и соединить их в ядра тяжёлого водорода. При образовании одного грамма тяжёлого водорода можно было бы получить столько же тепла, сколько его выделяется при сгорании 2750 килограммов лучшего угля.

Однако мы уже знаем, что нейтроны заключены в недрах атомных ядер. Чтобы выбить их оттуда в даста.- точном количестве, необходимо обстрелять атомы «ядер - ными снарядами». В самом лучшем случае на тысячу «снарядов» освобождается всего один нейтрон. Поэтому энергия, расходуемая на добывание нейтронов, оказы­вается значительно больше той энергии, которую можно получилъ с их помощью.

При определении энергии связи различных ядер учё­ные используют з а к о н взаимосвязи массы и энергии. В природе существует неразрывная связь между массой и энергией, выражаемая следующим за­коном: энергия

Масса =-------------------------------------------------------- .

Скорость света X скорость света

Согласно закону взаимосвязи массы и энергии, каж­дое изменение энергии сопровождается соответствующим изменением массы. Например, при нагревании воды дол­жен увеличиваться не только запас теплоты, но и масса нагреваемой воды. Почему же мы обычно не замечаем изменения массы? Дело в том, что энергия, с которой нам обычно приходится сталкиваться, связана с ничтож­ной массой. Например, нагревая 1 литр воды на 100 гра­дусов, мы увеличиваем её массу всего на 5 миллиардных долей грамма.

Заметить изменение массы можно только при боль­ших количествах энергии. Например, масса излучения,

Испускаемого Солнцем в течение года, равна 1 220 ООО ООО тонн! Эта величина составляет всего одну стомиллиард­ную долю массы Солнца.

Энергия, с которой мы сталкиваемся в мире атомных ядер, чрезвычайно велика. Поэтому здесь приходится учитывать закон взаимосвязи массы и энергии.

При образовании ядра из протонов и нейтронов осво­бождается атомная энергия. При этом уносится неко­торая доля массы частиц, из которых создаётся ядро. Поэтому масса ядра всегда оказывается меньше суммы масс частиц, из которых оно образовалось. Но для того, чтобы обнаружить эту разницу, надо измерять массы ядер сочень большой точностью[7]). Например, масса ядра гелия на 0,0176 единицы атомного веса меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Хотя эта величина и очень мала[8]), связанная с ней энергия почти в 7 ООО ООО раз больше энергии, освобождаемой атомом при химических реакциях.

Определив, насколько масса ядра меньше суммы масс входящих в него частиц, находят уменьшение массы при образовании такого ядра. Пользуясь законом взаимо­связи массы и энергии, определяют величину энергии, которая связана с этой массой. Энергия, освобождаемая при образовании ядра из протонов в нейтронов, равна энергии связи.

Таков путь, который позволил учёным измерить энер­гию связи. всех известных нам ядер.

Закон взаимосвязи массы и энергии играет важную роль в современной науке. Поэтому многие буржуазные учёные пытаются использовать его для «опровержения» основных положений диалектического материализма. Из­вращая подлинное научное содержание этого закона, они утверждают, что из него следует вовможность превраще­ния материи в энергию и энергии в материю. Значит, говорят они, материя способна исчезать, она не вечна.

В действительности закон взаимосвязи массы и энер­гии не даёт никаких оснований для подобных антинаучных утверждений. Как и все открытые наукой законы при­роды, он находится в строгом согласии с основными по­ложениями диалектического материализма, убедительно подтверждает правильность этих положений. Диалектиче­ский материализм утверждает, что между материей и движением существует неразрывная связь, считает массу и энергию количественными характеристиками материи. Поэтому ни о каком превращении материи в энергию, характеризующую лишь одно из свойств материи—её движение,— не может быть и речи. О том же говорит и закон взаимосвязи массы и энергии. Этот закон показы­вает, что в природе нет и не может быть «чистой» энер­гии, оторванной от массы; всякая энергия имеет свой материальный носитель. Точно так же нет и не может быть «мёртвой», «абсолютно покоящейся» материи, ли­шённой всех видов движения (а значит и связанной с ними энергии), а вся материя находится в состоянии вечного неуничтожимого движения и изменения.

Знание энергии связи различных ядер позволяет опре­делять, какие из них пригодны для получения атомной энергии.

Посмотрим, как это может быть сделано на примере превращения лития в гелий.