АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

ПОЛУЧЕНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ДЕЛЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР

Уть к получению практически необходимого количества атомной энергии был найден в 1939 году. Обстрели­вая ядра атомов урана нейтронами, учёные после не­скольких лет упорного труда обнаружили новый тип ядер - н£>1х реакций.

В реакциях, с которыми мы познакомились выше, бом­бардирующий нейтрон либо просто застревает в ядре, либо выбивает из ядра какую-нибудь частицу (рис. 13).

В такой реакции основная масса ядра по существу почти не участвует: в ядро проникает одна частица и выбивает из ядра другую частицу.

В уране нейтроны могут вызывать совершенно иные ядерные реакции, Проникнув в ядро урана и передав ему свою энергию, нейтрон приводит ядро в возбуждённое состояние. Вслед за тем ядро расщепляется на две части.

Происходит деление образовавшегося после поглощения нейтрона ядра на два тяжёлых осколка (рис. 14).

В ядре урана так много протонов, что их взаимное отталкивание с трудом преодолевается притяжением со стороны ядерных сил. Даже небольшой энергии нейтрона оказывается достаточно для разрушения всего ядра.

В открытии деления ядер урана большую роль сыг­рали работы итальянского физика Ферми, немецких фи -

Рис. 14. Схема деления ядра урана.

Зиков Гана, Штрассмана и Мейтнер, французских физи­ков Фредерика и Ирэн Жолио-Кюри.

Теорию деления атомных ядер впервые создал совет­ский учёный Я. И. Френкель.

Чаще всего деление ядер урана происходит на нерав­ные осколки. Однако бывает и так, что оба осколка ока­зываются одинаковыми. Рассмотрим именно такой случай. В ядре урана 92 протона. В момент деления в каждом из осколков оказывается по 46 протонов. Теперь они уже не яв­ляются частью единого ядра. Оба осколка имеют по большому числу „ „

Положительных зарядов, а расстоя - ^$ттГькашр1 ние между ними чрезвычайно мало. Вильсона).

Поэтому каждый из осколков с огромной силой отталкивает другой осколок, и они раз­летаются в противоположных направлениях со скоро­стями 3—4 тысячи километров в секунду. Двигаясь в окружающем веществе, осколки взаимодействуют с его атомами и передают им свою энергию, пока совсем не за­стрянут в нём. Энергия, которую получают атомы, прев­ращается в теплоту, например нагревает кусок урана или воздух, в котором двигались осколки.

На рис. 15 показан снимок деления ядра урана в ка­мере Вильсона. В камере помещена тонкая плёнка, на поверхность которой нанесён уран (плёнка расположена поперёк рисунка). При обстреле нейтронами, следы кото­рых в камере не видны, одно из ядер урана разделилось. На снимке отчётливо видны следы осколков, вылетевших в противоположных направлениях.

При делении ядра урана освобождается энергия, в десятки раз большая, чем при радиоактивном распаде или других уже известных нам ядерных реакциях, и в десятки миллионов раз большая, чем при химических реакциях.

Освобождаемую энергию можно подсчитать и другим путём —с помощью энергии связи. Энергия связи у обоих осколков значительно больше, чем у ядра урана. Этот из­быток энергии и освобождается в момент деления ядра. По закону взаимосвязи массы и энергии освобождение энергии должно сопровождаться уменьшением массы. И действительно, определив массу продуктов деления, можно убедиться в том, что она меньше массы исходного ядра урана как раз на величину, которая должна быть связана с освобождаемой при делении энергией.

Каждый из осколков является ядром атома нового элемента. Например, осколки с зарядом 46 оказываются ядрами палладия, который находится в 46 клетке перио­дической системы Менделеева. В момент деления возни­кают ядра бария (№ 56) и криптона (№ 36), лантана (№ 57) и брома (№ 35), и т. д. Так как в большинстве случаев деление происходит на неравные осколки, то при этом появляются ядра всех элементов, входящих в сере­дину периодической системы.

Ядра-осколки, возникающие при делении урана, со­держат по нескольку лишних нейтронов, и вот почему. В тяжёлых ядрах значительно больше нейтронов, чем протонов. Например, в ядре урана 235 на 92 протона при­ходится 143 нейтрона. В устойчивых ядрах более лёгких элементов разница между числом протонов и нейтронов не так велика. Наиболее тяжёлый изотоп брома имеет 35 протонов и 46 нейтронов в ядре. Наиболее тяжёлый изотоп лантана содержит 57 протонов и 82 нейтрона в ядре. Сумма нейтронов в самых тяжёлых устойчивых ядрах лантана и брома равна 128. Поэтому ядра-осколки, возникающие при делении урана 235 на лантан и бром, содержат 143 — 128= 15 лишних нейтронов.

Два или три из этих лишних нейтронов освобождаются непосредственно в момент деления. Но и после этого из­быток нейтронов в ядрах-осколках оказывается значи­тельным.

Такие ядра неустойчивы. Они освобождаются от из­бытка нейтронов двумя путям«. Часть лишних нейтронов может быть просто выброшена из ядер-осколков уже после того, как процесс деления закончился. Однако число таких нейтронов сравнительно невелико. В большинстве же случаев лишние нейтроны превращаются в ядрах - осколках в протоны. При этом, как мы знаем, происходит испускание электронов. Каждый осколок испускает по нескольку электронов, пока не превратится в устойчивое ядро нового элемента. Например, ядро брома, образовав­шееся в результате деления, может последовательно ис­пытать через разные промежутки времени три таких пре­вращения:

85Вг8* — 36 Кг87 + _1е0 —> 87НЬ87 + _1е° —

Бром криптон электрон рубидий электрон

(ядро-осколок)

— ззЭг87 + _,е»

Стронций электрон

Полученное в результате этой цепочки превращений ядро стронция оказывается устойчивым.

Помимо электронов при таких превращениях испу­скаются также и гамма-лучи. Следовательно, ядра - осколки радиоактивны.