АТОМНОЕ ЯДРО И ЕГО ЭНЕРГИЯ

ИЗОТОПЫ

Уран, который образуется при бета-распаде протак­тиния 914 имеет свой заряд 92, но вес его равен 234. Между тем, выше уже несколько раз указывалось, чтр вес ядра урана равен 238.

В чём же здесь дело?

Объяснение состоит в следующем: химические свой­ства атома полностью определяются зарядом его ядра — об этом уже говорилось; вес же ядра, с точки зрения химических свойств, значения не имеет. По­этому, если бы ядра данного элемента были двух сор­тов, одни полегче, а другие потяжелее, то это осталось бы незамеченным. Точнее, химическими способами от­делить такие различные ядра друг от друга невозможно.

И вот изучение радиоактивности показало, что в действительности именно так дело и обстоит — ядра очень многих химических элементов бывают разных сортов, отличающихся своим весом. Атомы или ядра 16

Данного химического элемента, имеющие разный вес, называются изотопами.

Уран с весом 238 и уран с весом 234 — это два изотопа урана, которые нам уже известны. Торий, ко­торый получается при альфа-распаде урана (см. выше), имеет вес 234, между тем в природе встре­чается преимущественно торий с весом 232. Можно привести ещё много таких примеров, но мы не будем сейчас этого делать, так как Об изотопах речь ещё будет итти. Важно только отметить, что явление радиоактивности, помимо всего прочего, привело к от­крытию изотопии, т. е. к открытию того факта, что атомные ядра при определённом заряде могут иметь различный вес. Это заключение было сделано в 1910 г. английским физиком и химиком Содди.

До того, как явление изотопии было полностью по­нято, различные изотопы радиоактивных элементов получили специальные названия. Так, например, изотоп тория с весом 232 был назван торием, а изотоп того же тория с весом 230 назван ионием. Изотоп полония с ве­сом 218, который получается при альфа-распаде радона (см. выше), был назван радием А, полонием же назы­вали лишь изотоп элемента полония с весом 210.

Все эти названия сохранились и до сих пор, так как они имеют не только историческое, но и известное практическое значение. Дело в том, что радиоактивные свойства различных изотопов данного элемента не оди­наковы. Так, например, изотоп тория с весом 232 рас­падается гораздо медленнее (примерно в 200 000 раз медленнее) иония, т. е. изотопа тория с весом 230. Изотоп полония с весом 210 распадается в 64 000 раз медленнее радия А, т. е. изотопа полония с весом 218. Кроме того, например, изотопы тория с весом 230 и 232 распадаются с испусканием альфа-частиц, между тем как изотоп тория с весом 234 испускает бета-частицы. Таким образом, для того, чтобы охарактеризовать радиоактивный элемент, обязательно нужно либо приве­сти его специальное название, либо указать вес того изотопа, о котором идёт речь. Мы поступаем согласно второму способу, т. е. всегда указываем вес изотопа, а специальных названий изотопов не приводим.

2 В. Л. Гинзбург И

Теперь пора ответить на вопрос, который, быть может, уже возник у читателя. Если уран распадается, то почему же мы находим сейчас уран на Земле? По­чему он уже давно весь не распался? Ответ на этот вопрос очень прост: уран распадается крайне медленно. Возьмём, например, кусок урана и попытаемся устано­вить, через какое время вес этого куска урана умень­шится вдвое из-за распада ядер урана? Это время равно четырём с половиной миллиардам лет.

Из приведённых цифр ясно, что уран распадается так медленно, что с момента образования Земли он не успел распасться даже на одну четверть.

Ведь Земля существует не вечно, она образовалась примерно миллиард лет тому назад, отделившись от Солнца, или каким-либо другим путём (физические процессы, в результате которых образовалась Земля, в точности ещё не установлены). Происхождение урана относится поэтому к самым отдалённым временам, когда ещё не образовалась солнечная система. Об усло­виях, в которых уран тогда находился, мы знаем очень мало, и проследить дальше историю урана, также как и историю других элементов, пока ещё не можем.

Радий распадается гораздо быстрее, чем уран — количество радия уменьшается вдвое за 1590 лет. Поэтому радий, который был на Земле при её образо­вании, давным-давно распался; весь радий, имеющийся на Земле в настоящее время, получился радиоактивным путём в результате распада урана. Три звена в этой цепи образования радия из урана мы уже знаем:

(уран) 2| -* (торий) 2|4 + (гелий)

І,

(протактиний) ^-{-электрон.

(уран) ^-(-электрон.

(уран) 2\ (торий) 2|о+(гелий) і

(радий) ^ 4- (гелий)

(радон) 222+(гелий)

Радон в свою очередь также распадается; последую­щие элементы продолжают распадаться, пока не полу­чится свинец 282 , который уже больше не распадается. Этим и заканчиваются превращения урана.

Радий, также как другие недолго живущие эле­менты, получающиеся из урана, присутствует в природе лишь в урановой руде. Количество радия в руде опре­деляется отношением скорости распада радия к скоро­сти распада урана и составляет 3,5 десятимиллион­ных долей количества урана. Эта цифра равна отноше­нию 1590 лет, в течение которых наполовину распа­дается радий, к 4,5 миллиардам лет, в течение которых наполовину распадается уран. Для получения одного грамма радия приходится поэтому перерабатывать

7 тонн лучшей урановой руды, содержащей 42% чи­стого урана. Поскольку радий распадается гораздо бы­стрее урана (в 2 800 000 раз быстрее), количество альфа-частиц, испускаемых в секунду граммом радия, несравненно больше (тоже в 2 800 000 раз), чем коли­чество альфа-частиц, испускаемых граммом урана. По­этому открытие в 1898 г. радия французскими физиками Пьером и Марией Кюри было большим шагом вперёд.

Один грамм радия в 1 секунду испускает 37 мил­лиардов альфа-частиц; это число в 20 раз больше всего населения земного шара. Нужно, впрочем, иметь в виду, что фактически из кусочка радия наружу выходит гораздо меньше альфа-частиц, чем в нём образуется. Дело в том, что альфа-частицы очень сильно погло­щаются веществом. Поэтому наружу (в воздух) выхо­дят лишь частицы, образовавшиеся в тонком поверхно­стном слое радиоактивного вещества.