АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

ЯДЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Юди давно мечтали найти способ изменять природу вещества, превращать одни элементы в другие. В истории науки известно немало неудачных попыток от­крыть секрет подобных превращений. На протяжении многих веков средневековые учёные алхимики упорно искали таинственный «философский камень», с помощью которого они надеялись превращать неблагородные ме­

Таллы — ртуть и свинец — в благородные — золото и се­ребро. Алхимики открыли много новых веществ и способов их получения, но так и не сумели найти ключ к решению поставленной задачи.

Изменять природу атомов можно. Но для этого надо уметь воздействовать на их ядра. А у алхимиков никаких средств воздействия на атомные ядра не было. Поэтому все их попытки превращать элементы друг в друга были обречены на неудачу.

Только в XX веке люди научились вмешиваться во внутренний мир атомных ядер. Теперь в любой ядерной лаборатории можно изменять природу вещества, превра­щать одни атомы в другие.

Такие превращения называются ядерными реак­циями. Они-то и являются источником атомной энергии.

При каких условиях происходят ядерные реакции и ка­кие для этого нужны средства?

При химических реакциях происходит перегруппировка атомов, не сопровождающаяся изменением их природы. Атом углерода, соединившись с двумя атомами кислорода и образовав молекулу углекислого газа СОг, не перестаёт быть атомом углерода. Если химическим путём произ­вести обратное превращение — выделить углерод из мо­лекулы углекислого газа,— мы вновь получим такой же атом углерода.

При ядерных реакциях происходит глубокое изменение природы атома, коренная ломка его основных свойств. В результате таких реакций атомы углерода могут пре­вратиться в атомы азота или кислорода.

На примере изотопов мы убедились в том, что вес ядра не определяет химических свойств атома. Эта свойства зависят только от величины заряда ядра и числа электронов в оболочке атома. Поэтому изменение химических свойств требует изменения заряда атомных ядер.

Разберём это подробнее на примере атома гелия. По­пробуем сначала удалить из его ядра один протон (чёр­ная стрелка на рис. 4). При этом не только масса, но и заряд ядра уменьшатся на единицу и получится новое ядро с зарядом 1 и массой 3. Такое ядро оказывается уже ядром не гелия, а сверхтяжёлого водорода трития (см. рис. 3). Так как заряд у нового ядра равен единице, оно в состоянии удерживать только один электрон. Поэтому

Как только протон будет удалён из ядра, один из электро­нов покинет атом (пунктирная стрелка на рис. 4), и в обо­лочке нового атома останется только один электрон. Один электрон содержит и атом трития.

Следовательно, при удалении протона из ядра гелия атом гелия превращается в атом водорода.

Теперь посмотрим, что произойдёт с атомом гелия, если в его ядро добавить один протон. При этом заряд и масса ядра увеличатся на единицу и получится новое

Ядро с зарядом 3 и массой 5 (рис. 5). Такое ядро в состоя­нии удерживать уже не 2, а 3 электрона в атоме. Поэтому один из свободных, не связанных с каким-либо атохмом электронов, которые всегда имеются в веществе, будет захвачен новым атомом (пунктирная стрелка на рис. 5); число электронов в его оболочке станет равно трём. Так как электроны в атоме располагаются послойно и в пер­вый, ближний к ядру слой может входить не больше двух электронов, третий электрон располагается в новом, более удалённом от ядра слое.

Атом, имеющий 3 заряда в ядре и 3 электрона в обо­лочке, должен занимать в периодической системе Менде­леева третью клетку. А в этой клетке находится литий.

Следовательно, при добавлении протона в ядро гелия, атом гелия превращается в атом лития.

Реакции, сопровождающиеся измене­нием числа протонов или нейтронов в ядре, называются ядерными реакциями.

В настоящее время можно осуществить и мечту алхи­миков о превращении ртути в золото. В периодической системе элементов ртуть стоит на 80 месте, а золото — на 79. Следовательно, в каждом ядре ртути на один про­тон больше, чем в ядре золота. Достаточно удалить из ядра ртути один протон, чтобы получилось ядро золота. При этом электронная оболочка атома ртути потеряет один электрон и также превратится в оболочку атома золота.

Такие ядерные реакции учёные умеют осуществлять уже более 30 лет. Однако практическая ценность подоб­ных превращений весьма невелика. Например, золото, ко­торое можно получить из ртути таким путём, получается обычно в ничтожных количествах и оказывается значи­тельно дороже природного золота.

Чтобы понять причину этого, надо познакомиться с тем, как производятся ядерные реакции.