АТОМНОЕ ЯДРО И ЕГО ЭНЕРГИЯ

ИСКУССТВЕННЫЕ «ЯДЕРНЫЕ ПУЛИ»

Не менее важно и то обстоятельство, что успешная попытка разбить ядро альфа-частицами открыла физи­кам глаза на способы изучения ядра. Изучать ядро нужно, очевидно, обстреливая его быстрыми части­цами — «ядерными пулями».

К сожалению, управлять этими пулями вначале не умели; в распоряжении учёных имелся лишь один сорт «пуль» — альфа-частицы от радиоактивных веществ. Кроме того, количество этих пуль было ограничено, в связи с отсутствием больших запасов радия; нельзя было также менять по своему усмотрению скорость «пуль» — эта скорость при вылете альфа-частицы опре­деляется свойствами распадающегося ядра, и её можно только уменьшить.

Поэтому физикам не оставалось ничего другого, как пытаться искусственно создать быстрые заряжённые ча­стицы — протоны, ядра гелия (т. е. альфа-частицы) и другие быстрые ядра. Но как же это сделать?

Разогнать атомные ядра можно лишь одним спосо­бом, а именно, используя наличие у них электриче­ского заряда. Поместим, например, ядра гелия в труб­ку, из которой выкачан воздух. К концам этой трубки подведём высокое электрическое напряжение. Тогда положительно заряжённые ядра гелия будут притяги­ваться к тому концу трубки, к которому присоединён отрицательный полюс высокого напряжения; под дей­ствием этой электрической силы ядро будет разгонять­ся и приобретёт большую скорость. Как мы уже ука­зывали, альфа-частицы, испускаемые радиоактивными 7.6

Элементами, имеют скорость около 20000 км в секунду. Для того, чтобы искусственно разогнать ядро гелия до такой скорости, к той трубке, о которой мы говорили, нужно приложить напряжение в 4 миллиона вольт. Это напряжение огромно. В городах для освещения используется напряжение в 120 и 220 вольт. В линиях электропередачи высокого напряжения, требующих со­оружения специальных железных мачт, используют на­пряжение в 100—200 тысяч вольт. Напряжения в 4 мил­лиона вольт и больше наблюдаются лишь в молнии. Отсюда ясно, как трудно искусственно заменить альфа - частицы и как важно было для науки о ядре (ядерной физики) существование природных источников этих ча­стиц. Но физикам удалось преодолеть все препятствия, и в настоящее время проблема создания потоков бы­стрых частиц решена.

Укажем, кстати, что энергию и скорость частицы можно вполне характеризовать электрическим напряже­нием, которое нужно приложить, чтобы разогнать ча­стицу до данной скорости; при этом принято указывать напряжение, которое нужно было бы приложить, если бы заряд частицы равнялся единице. Например, для того, чтобы разогнать альфа-частицу, заряд которой равен двум, до скорости в 20 000 км в секунду, нужно приложить напряжение в 4 миллиона вольт, но если бы заряд альфа-частицы равнялся единице, то нужно было бы приложить напряжение в 8 миллионов вольт. В этих единицах измерения энергии альфа-частица со скоростью в 20 000 км в секунду имеет энергию в 8 миллионов вольт или, как часто говорят, в 8 миллионов электрон-вольт. Ниже мы всегда будем выражать энер­гию в вольтах.

К счастью, оказалось, что для искусственного рас­щепления ядра вовсе не нужны частицы с такой же энергией, как природные альфа-частицы. Быстрые ядра гелия, и в ещё большей мере быстрые протоны, способ­ны расщеплять ядро и при значительно меньших энер­гиях. Так, быстрые протоны могут расщеплять, например, литий при энергиях, меньших 100 000 вольт. Впрочем, при больших энергиях протонов расщепление проис­ходит значительно энергичнее, чем при малых энергиях

Искусственное расщепление элементов протонами бы­ло впервые осуществлено в 19-32 г. английскими фи­зиками Кокрофтом и Уолтоном-

Первая, полученная ими ядерная реакция, выглядит так:

(литий);+(водород)} -*(бериллий) !-*(ге ЛИЙ) | -{- (гелий) I

Мы видим, что ядро лития с весом 7, захватывая протон, превращается в ядро бериллия, которое распа­дается на две альфа-частицы (т. е. на два ядра гелия). Таким образом, из лития с водородом получается гелий.