АТОМНОЕ ЯДРО И ЕГО ЭНЕРГИЯ

ЗАПАСЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ

Можем ли мы сказать, что в атомных ядрах заклю­чены какие-то запасы энергии, и можно ли надеяться эти запасы использовать? Сначала кажется, что таких запасов нет. Чтобы разбить ядра на протоны и нейтро-

40 ны, нужно затратить энергию; получать же энергию, выделяющуюся при соединении протонов и нейтро­нов, мы не можем потому, что свободных нейтронов нет в природе — они всегда входят в состав атом­ных ядер.

Но запасы ядерной энергии всё же имеются, и эти запасы колоссальны.

Поясним, что это значит, на примере. Если ядро ли­тия (вес 7, заряд 3) обстреливать протонами, то, как мы уже видели (стр. 28), литий может захватывать протон, превращаясь в ядро бериллия, которое в свою очередь распадается на две альфа-частицы:

(литий) ^-(-(водород) }-* (бериллий) ® -»-(гелий) I -(-(гелий)^. При этом превращении ядро лития покоится, а протон

Может иметь весьма малую энергию, скажем в 100 000 вольт; получающиеся же ядоа гелия разлетаются в раз­ные стороны с огромной скоростью — сумма энергий обоих этих ядер равна 17 миллионам вольт.

Вся ядерная реакция может быть сфотографирована в камере Вильсона (рис. 14).

Мы видим, что в этой реакции выделилась большая энергия (17 миллионов вольт), и нужно объяснить, от­куда эта энергия взялась. Это очень просто сделать. Вообразим себе, что мы разложили ядро лятия з на

41

Протоны и нейтроны, для чего нужно затратить как раз энергию связи, равную 39 миллионам вольт; после это­го дадим этим трём протонам и четырём нейтронам вместе с налетающим протоном соединиться в два яд­ра гелия. Энергия связи одного ядра гелия равна 28 миллионам вольт; энергия связи двух ядер гелия рав­на, очевидно, 56 миллионам вольт. Поэтому при соеди~ нении четырёх протонов и четырёх нейтронов в два ядра гелия должно выделиться 56 миллионов вольт энергии. Затратить же на разложение лития нужно бы­ло бы всего 39 миллионов вольт. Таким образом, энер­гия в 17 миллионов вольт должна каким-то образом выделцться. Она-то и выделяется в виде кинетической энергии ядер гелия, т. е. в виде энергии их движения. Как видно на рис. 14, ядра гелия разлетаются в разные стороны с огромными скоростями.

Из приведённого примера ясно, что означает ут­верждение о наличии запасов ядерной энергии.

Всё дело в том, что имеются такие случаи, когда превращение какого-либо ядра или двух ядер в другие два ядра должно сопровождаться выделением энергии. Другими словами, для получения энергии вовсе не обязательно соединять свободные протоны и нейтроны. Того же результата можно достигнуть, превращая какие - либо ядра в другие ядра с большей энергией связи, как это происходит в нашем примере. При таком превраще­нии выделится энергия, равная разности энергий свя­зи конечных и исходных ядер, участвовавших в ядер­ной реакции.

Силы, действующие в ядре, очень велики. Поэто­му энергия, выделяющаяся при ядерных превраще­ниях, несравненно больше энергий, которые можно по­лучить при сгорании угля или при каком-нибудь взрыве.

Для того, чтобы показать это, посмотрим, какая энергия выделяется, если при помощи протонов разло­жить все ядра, находящиеся в I грамме лития.

Эта энергия равна энергии, выделяющейся при раз­ложении одного ядра (т. е. 17 миллионам вольт), умно­женной на число ядер в 1 грамме лития, которое равно 87 000 000 000 000 000000 000. Если перемножить эти

42

Числа и выразить энергию не в вольтах, а в больших калориях, то энергия разложения грамма лития ока­жется равной 56 миллионам больших калорий.

Эта цифра огромна.

Достаточно вспомнить, что 1 большая калория (или, как говорят, кило-калория) равна количеству энергии, необходимой для нагревания 1 килограмма воды на один градус. При сгорании грамма угля выделяется

Около 8 больших калорий тепла. При химических реак­циях, таких, как соединение кислорода с водородом в воду, также выделяется несколько больших калорий энергии на грамм вещества.

Мы видим, что запасы ядерной энергии больше за­пасов химической энергии в том же количестве веще­ства, примерно, в 10 миллионов раз!

Все мировые запасы угля оцениваются в б миллиар« дов тонн. Энергия этих запасов равна энергии, содер­жащейся, примерно, в миллионе тонн лития; такое ко­личество лития занимает объём куба с длиной ребра всего в 124 метра.

Легко себе представить, какое значение для всего развития науки и техники на Земле имело бы овладе­ние запасами ядерной энергии - Вместо целого поезда с углём можно было бы взять 100—200 граммов лития или другого элемента. Самолёты и пароходы могли бы летать и плавать, не беспокоясь о пополнении запасов горючего.