Главная страница
qrcode

Гладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан. Заслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг


Скачать 78.95 Mb.
НазваниеЗаслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг
Дата10.09.2019
Размер78.95 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаГладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипКнига
#64819
страница8 из 16
Каталог
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   16
НЕЙТРОН
НЕЙТРИНО
НУКЛОН
НЕЙТРОН. В 1930 г. немецкие ученые В. Боте и Г. Беккер были поставлены в тупик таким явлением. Бомбардируя пластинку из металлического бериллия альфа-частицами, они обнаружили исходящее из мишени очень слабое, но удивительно проникающее излучение, которое не могли сколько-нибудь заметно ослабить даже свинцовые экраны толщиной в десятки сантиметров, задерживающие самое мощное гамма-излучение.
Талантливые французские физики Фредерик Жо- лио и Ирен Кюри подметили еще более любопытный факт. Если на пути этого странного излучения ставили пластину парафина — вещества, богатого водородом, — то из парафина начинали вылетать с огромной скоростью, а следовательно, и с большой энергией, протоны — ядра атомов водорода.
Альфа-частицы целиком застревали еще в бериллиевой пластинке и попадать в парафин никак не могли. Выбивать же из парафина протоны с энергией, равной примерно 50 Мэв, было бы не под силу и гамма-квантам. В таком случае, что за сверхмощная артиллерия вдруг объявилась в бериллии и какими снарядами она вела огонь по парафину?
Ученик Резерфорда, английский физик Дж. Чед­
вик, долго занимавшийся таинственным излучением, в конце концов пришел к единственно возможному и правильному выводу Никакие это не лучи, а просто вылетающие из парафина протоны приводятся в движение частицами, равными по массе протону, ноне имеюшими никакого электрического заряда ни положительного, ни отрицательного. Эти частицы позднее получили название нейтроны Благодаря отсутствию электрического заряда любое вещество становится для нейтрона как бы прозрачным. Он спокойно преодолевает все защитные линии атома и внешнюю электронную оболочку, с большой силой отталкивающую любую отрицательно заряженную частицу, и суммарный положительный заряд ядра атома, отбрасывающий в стороны даже движущуюся с огромной скоростью тяжелую альфа-частицу.
Открытие нейтрона решило загадку непонятного и нелогичного утяжеления массы ядер атомов при увеличении их положительного заряда только на единицу и позволило советскому ученому Д. Д. Ива­
ненко и немецкому ученому В. Гейзенбергу предложить в 1932 г. новую модель строения ядра атома, в которой все оказалось простыми ясным».
По этой модели ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Число протонов равно атомному I I номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева, а массы сложенных вместе протонов и нейтронов — его атомной массе, или массовому числу см. Нуклон Например, ядро атома гелия, известное как альфа-частица, состоит из двух протонов, придающих ей два положительных электрических заряда, и двух нейтронов. Общее число протонов и нейтронов равно четырем, что в точности равняется его атомному весу, долгое время вызывавшему недоумение ученых. Аналогично ядро атома лития содержит три протона (атомный номер 3) и три нейтрона, что в сумме дает атомный вес элемента, равный шести.
Открытие нейтрона довольно просто объясняет и другую загадку — существование изотопов. В качестве примера можно взять наипростейший химический элемент в природе — водород, ядро которого состоит из одиночного протона. Его иногда называют протием. Затем следует тяжелый изотоп водорода, имеющий в ядре один протон и один нейтрон, с атомной массой, равной двум. Этот изотоп водорода получил название дейтерий. Наконец, существует очень редкий, почти не встречающийся в природе, сверхтяжелый и уже радиоактивный изотоп водорода, в ядре которого на один протон приходится два нейтрона. Его назвали тритием.
Новая модель строения ядра атома, в нашем описании, пожалуй, даже слишком упрощенная, почти полностью объясняла многочисленные факты, накопленные физикой, а главное, открывала новые путл для вторжения в святая святых атома — его ядро и. как это повелось в науке, коварно подвела к новым, еще более глубоким тайнам, противоречиями настоящим чудесам Перечислить эти особенности и чудеса означало бы просто от начала до конца изложить всю современную ядерную физику. Поэтому здесь мы ограничимся лишь рассказом о том, что более или менее прямо и непосредственно связано с нейтроном.
Например, почему ядро атома, в которое наряду с нейтронами входят и положительно заряженные протоны, не разваливается под действием поистине титанических сил отталкивания одноименных зарядов протонов (учитывая малость расстояний между ними Лишь значительно позже было установлено, что в пределах ядра действуют особые, ни на что иное непохожие, так называемые внутриядерные силы, притягивающие эти частицы друг к другу независимо оттого, заряжены они или нейтральны, и что эти силы, действуя на чрезвычайно малых расстояниях, значительно превосходят силы отталкивания всех взятых вместе протонов. Не будь этих сил
ядерные частицы давно бы разлетелись в стороны, а скорее, никогда бы не собирались вместе (см. Ядерные силы).
Но в природе нет и не может существовать никаких тел, даже размера ядерных частиц, которые не находились бы в непрерывном движении, зависящем от температуры, те. энергии частиц вещества, сложенного из этих частиц. Если откуда-то извне в эту систему частиц поступает дополнительное количество энергии, то частицы начинают двигаться значительно быстрее. И, естественно, может наступить момент, когда это движение станет столь бурным, что какая-то одна, а то и несколько частиц получат возможность, преодолев внутриядерные силы, выскочить за пределы сферы их действия. И тогда уже под действием сил отталкивания одноименных зарядов эта частица или несколько частиц вылетают из ядра атома.
Если же избыточной энергии поступит значительно больше, все частицы ядра атома, растолкавшись еще энергичнее, окажутся в состоянии преодолеть таинственный рубеж действия внутриядерных сил. Тогда ядро разделится само по себе. Сколько в таком случае нужно этой избыточной энергии, или энергии возбуждения, как ее называют физики Тем меньше, чем тяжелее ядро атома. Но зато чем тяжелее ядро атома, тем больше энергии выделяется при его «развале»:
Массовое чиело ядра атома 200 Энергия, М требуемая для его возбуждения Энергия выделяющаяся при делении, Мае 135 200 135
Самые тяжелые ядра оказываются и самыми неустойчивыми. И стоит чуть-чуть подтолкнуть их, те. сообщить им небольшое количество избыточной энергии (в нашем примере 5 Мэв), как насыщенное, словно губка, своей собственной энергией ядро дальше уже разделится само!
Сделать это можно двумя путями. Самый трудный — это попытаться силой загнать в ядро какую-либо тяжелую заряженную частицу, способную преодолеть отчаянное сопротивление суммарного положительного электрического заряда ядра атома. Но для этого исходной энергии 5 Мэв протону или альфа-частице заведомо мало. Большую часть ее частицы растратят на преодоление броневой защиты — положительного заряда ядра атома, например урана, и, обессиленные, даже не смогут к нему прикоснуться, не то чтобы его разде­
лить.
Кроме того, тяжелых частиц даже с такой энергией естественные радиоактивные вещества не испускают. Следовательно, разгонять их до значительно более высоких энергий и скоростей нужно искусственным путем на специальных установках — ускорителях частиц Совсем другими, поистине удивительными возможностями обладает нейтрон. Так как электрического заряда нейтрон не несет, то никакой энергии на преодоление суммарного отталкивающего действия положительного заряда ядра атома ему ненужно. Пользуясь своей нейтральностью, он свободно проникает к ядру атома, доходит до зоны притяжения внутриядерных сил и втягивается в ядро. Втянув нейтрон, ядро начинает внутреннюю перестройку. При этом оно оказывается обладателем излишка энергии, равного не 5, а 7 Мэв, от которого оно, естественно, придя в возбужденное состояние, тут же
должно избавиться. Следовательно, одно лишь простое присоединение нейтрона к ядру тяжелого атома урана вносит в него дополнительную энергию, равную 7 Мэв.
Откуда берется все-таки этот излишек энергии Естественно, никаких чудес здесь не происходит. В процессе внутренней перестройки старого ядра атома в новое сумма масс всех его нуклонов оказывается несколько меньше суммы масс нуклонов, взятых в отдельности. За счет этой разницы в массах и появляется эквивалентное ей количество энергии (см. Дефект, массы сперва возбуждающее ядро, а затем и приводящее его к делению. Получается, что для этого нейтрон вообще не должен обладать никакой начальной энергией. Надо лишь помочь ему попасть в ядро нужного атома, а уж там он, мобилизовав скрытые резервы энергии ядра, сможет высвободить (правда, потеряв чуть-чуть в массе) энергию, способную взорвать ядро.
Но нейтроны, не обладающие сколько-нибудь существенной начальной энергией, могут делить ядра не всех элементов, а только тех, у которых энергия возбуждения, необходимая для их деления, меньше
7 Мэв, те. именно та, которая выделяется при перестройке ядра, вызванной добавлением к нему лишнего нейтрона. Таких атомов немного это уран, уран, плутоний-239.
Здесь позволительно спросить откуда у нейтрона столь необычные, резко отличные от других ядерных частиц свойства и способности, хотя и те обладают своими, достаточно удивительными свой­
ствами?
Истоки всего необычного кроются в двойственности — дуализме свойств света, ведущего себя и как частицы и как электромагнитные волны. Еще больше взволновало ученых последующее открытие
таких же свойств и у электрона Эти открытия прекрасно объяснялись теорией, выдвинутой в 1900 г немецким физиком Максом Планком, согласно которой излучение телом тепла или света происходит не непрерывно, а дискретно, те. отдельными, строго определенными порциями — квантами, а световая волна, обладая вполне конкретной протяженностью, в некоторых случаях проявляет свойства, характерные для частиц. В 1923 г. французский физик Луи де Бройль установил, что специфические волновые свойства присущи любой движущейся частице. Согласно разработанной им теории, длина волны любой частицы прямо пропорциональна некоторой очень малой величине, называемой постоянной Планка, и обратно пропорциональна произведению массы частицы на ее скорость.
Это соотношение выглядит довольно просто
X == h/mv. Из этого соотношения следует, что чем больше масса или скорость частицы или одновременно и то и другое, тем короче длина присущей ей волны, и наоборот.
Законы физики не терпят исключений. И объект макромира, например снарядили земной шар, наряду со свойствами частиц должен обладать также и волновыми свойствами. Но благодаря их большой массе соответствующая им длина волны настолько мала, что этими волновыми свойствами можно совершенно пренебречь. Нейтронам с высокой скоростью соответствует настолько малая длина волны, что они ведут себя фактически как частицы. Некоторые особенности их странного поведения можно объяснить только явно волновыми свойствами. Но так как масса нейтрона все же ничтожно мала по сравнению с любым, даже микроскопически малым телом, длина го волны становится вполне ощутимой величиной в микромире
Чтобы в поведении нейтрона проявились в достаточной степени волновые свойства, его скорость должна быть как можно меньше. Ее можно настолько замедлить, что нейтрон полностью потеряет свойства частицы и будет вести себя как настоящая вол­
на.
Из-за этих особенностей возникают явные осложнения в установлении истинных размеров нейтрона, ибо они, как это ни покажется странным, зависят от скорости движения этой частицы. Например, диаметр обычного атома равен примерно
(2—4)-10"
8
см Диаметр ядра еще меньше — около
2«10
_ и см Для того чтобы длина волны нейтрона приблизительно соответствовала диаметру атома, те см его энергия (те. скорость движения) должна составлять всего лишь около 0,1 эв. Нейтрон с такой малой энергией более правильно представлять как волну длиной 10
-8
см а не как частицу таких же размеров.
Но дальше начинаются уже парадоксы. Нейтрон с длиной волны 10
-8
см оказывается в десятки тысяч раз больше ядра, которое в свою очередь содержит в себе нейтроны, и не один, а порою мно­
го!
Находиться внутри ядра нейтрон может только в том случае, если он движется с большой скоростью
I», следовательно, имеет малую длину волны. А большая скорость, как мы знаем, означает большую энергию. Входящие в состав ядра нейтроны поэтому имеют энергию около 50 Мэв, которой соответствует очень малая длина волны — порядка 10
-13
см Это обстоятельство позволило объяснить тайну бета-рас­
пада радиоактивных веществ, долго мучившую ученых и путавшую все их карты.
Влетев в чужое ему ядро атома и создав там несусветный переполох, нейтрон не выдерживает возникших сложнейших взаимодействий, эквивалентных чудовищно высоким температурами распадается на протон и электрон.
Это открытие и позволило ученым считать протон и нейтрон одной ядерной частицей. Отсюда и их название — нуклоны. Существовать же они могут только в каком-либо одном состоянии протонном или нейтронном.
При бета-распаде один из нейтронов переходит в протон. Вот тогда-то и появляется электрон. Его заряд должен компенсировать положительный заряд вновь народившегося протона. Однако в силу законов, управляющих радиоактивным распадом неустойчивых ядер, у электрона не находится своего места на орбите, ион вынужден покинуть ядро. Это и будет бета-частица. Общий положительный заряд остающегося по-прежнему неустойчивым ядра становится на единицу больше.
В свою очередь при некоторых условиях протон может превращаться в нейтрон. Но тогда куда-то должен исчезнуть его положительный заряд. Этот заряд уносится частицей, являющейся точной копией электрона, но имеющей противоположный, положительный, заряд. Такая частица была открыта в
1932 г. американским физиком К. Андерсоном и названа позитроном. Оба эти превращения сопровождаются испусканием еще одной, нейтральной частицы — нейтрино.
Испускаемые бериллиевым источником нейтроны летят с огромной скоростью. Следовательно, их эффективный размер или, как говорят, сечение очень мало.
Сталкиваясь с встречающимися на пути ядрами атомов легких элементов, нейтроны отскакивают от них и меняют направление полета примерно также, как отскакивают друг от друга бильярдные шары. Каждое такое столкновение стоит нейтрону потери части энергии, поэтому скорость его движения замедляется, а размер, или сечение, увеличи­
вается.
Этим и воспользовались ученые, чтобы путем многократных столкновений нейтрона с веществами, содержащими атомы, близкие по массе к нейтрону водород, гелий, углерод, замедлить его движение. Не имея возможности непосредственно наблюдать сам нейтрон, легко можно обнаружить и измерить скорость и энергию всех задетых и отскакивающих от него атомов, а тем самым скорость и энергию самого нейтрона.
Нейтрон как частица оказался чуть-чуть тяжелее протона. Вне ядра атома он радиоактивен и, пробыв на свободе около 11,7 мин начинает распадаться превращаясь в протон, испускает электрон и нейтрино. Величина энергии, выделяющейся при распаде нейтрона, равна примерно 1 Мэв. Этими объясняется, почему нейтрон чуть-чуть тяжелее протона.
Наблюдая за поведением нейтронов, ученые вскоре обнаружили еще одну их удивительную особенность легко проникая сквозь толстую стальную броню, они не в состоянии преодолеть даже тоненькой пластинки кадмия, которую легко пронизывало не только гамма-излучение, но даже поток бета- частиц (электронов).
Вскоре была разгадана и эта «странность».
Ядра атомов некоторых элементов (кадмий, бор, графит и пр) вместо того, чтобы отталкивать нейтрон, захватывают, втягивают его в себя. Чем медленнее движется нейтрон, тем успешнее осуществляется такой захват.
НЕЙТРИНО. История физики слабых взаимодействий (см. Взаимодействия (элементарных) частиц
связана прежде всего с исследованием свойств, пожалуй, самой загадочной из элементарных частиц — нейтрино. Нейтрино — это трудно обнаруживаемые и еще более трудноуловимые нейтральные частицы.
Когда появилась мысль о существовании нейт­
рино?
При экспериментальном исследовании процесса бета-распада — самопроизвольного испускания электронов ядрами атомов — оказалось, что измеренные энергии вылетающих электронов в этом процессе имеют самую различную величину. В большинстве случаев электронам явно не хватало энергии. Создавалось впечатление, что она куда-то исчезает, как будто закон сохранения энергии не был верным. Трудности оказались настолько серьезными, что многие физики предлагали даже отказаться от закона сохранения энергии. Это несохранение энергии, однако, имело довольно странный характер. Действительно, если в процессе бета-распада энергия не сохраняется, можно было бы ожидать, что иногда энергии электронов не хватит, а иногда она должна быть излишней, но этого выигрыша энергии не бывает.
Такое противоречие заставило известного швейцарского физика В. Паули в 1931 г. предположить, что в природе должна существовать еще одна нейтральная частица с массой, много меньшей, чему нейтрона. Эту частицу знаменитый итальянский физик Э. Ферми назвал нейтрино (по-итальян­
ски — нейтрончик).
Доводы в пользу существования этой частицы были таковы. Кажущееся несохранение энергии происходит потому, что процесс бета-распада — это не только испускание электронов. В распаде еще участвует не наблюдаемая на опыте нейтральная
поэтому практически не обнаруживаемая) частица, уносящая исчезнувшую долю энергии И хотя в каждом процессе выделяется точно определенная суммарная энергия всех частиц, она распределяется между продуктами распада так, что в разных случаях электрон получает разные ее порции.
Через 11 лет, в 1942 г, предсказанная Паули частица была обнаружена. Она полностью соответствовала предсказанной электрически нейтральна, чрезвычайно малой массы.
Крайне малая масса, согласно теории относительности, приводит к тому, что нейтрино не может находиться в состоянии покоя оно всегда движется со скоростью света. Этим элементарная частица нейтрино в некоторых отношениях сходна с фо­
тоном.
Как известно, при превращении частиц действует не только закон сохранения энергии, но и закон сохранения импульса. В многочисленных опытах было установлено, что суммарный импульс при бета-рас­
паде не сохраняется, если не допустить существования нейтрино. Неуловимая частица уносит с собой не только исчезающую энергию, но и исчезающий импульс!
Ненаблюдаемость нейтрино была временной из- за трудностей его улавливания и регистрации. Поймать нейтрино и зарегистрировать ядерные превращения, вызванные свободным нейтрино, удалось лишь совсем недавно, да и то косвенным спо­
собом.
В последние годы родилась новая область исследования элементарных частиц, очень важная и интересная, к которой приковано теперь внимание ученых всего мира, — физика нейтрино высоких энергий (основоположник теории — академик, лауреат Ленинской премии Б. М. Понтекорво). При
этом исследуются свойства нейтрино мезонной природы, рождающиеся в процессах распада мезонов, мощные пучки которых стало возможным сейчас получать на сверхгигантских ускорителях.
Но являются ли неуловимые частицы, испускаемые в совершенно разных процессах, тождественными частицами Оказалось, что электронные нейтрино (испускаемые в процессах бета-распада) отличаются от мезонных нейтрино, испускаемых в процессе распада мезонов Каждое из них соответственно взаимодействует в паре только с электроном или только с мезоном.
Идеи об универсальности слабых взаимодействий получили еще одно подтверждение, когда физики открыли ряд новых, так называемых странных частиц. Оказалось, что для них также характерны слабые взаимодействия».
По аналогии со всеми другими частицами в свое время было предсказано и существование антагонистов нейтрино — антинейтрино 1 и 2 (электронное и мезонное. Совсем недавно их существование было подтверждено экспериментально.
НУКЛОН. Чтобы избежать (там, где нет особой необходимости) слишком частого повторения названия частиц, из которых состоят ядра всех атомов положительно заряженных протонов и не имеющих никакого электрического заряда нейтронов, им присвоено общее название нуклоны, те. ядерные частицы. Массы этих частиц, однако, отличаются друг от друга на небольшую величину масса протона составляет
1836,1 массы электрона, масса нейтрона — 1838,6. Есть основания считать, что и протон, и нейтрон являются одними и теми же частицами, только находящимися в различном зарядовом состоянии, которые при определенных условиях могут переходить одна в другую
НЕЙТРОНОГРАФИЯ. Свое первое практическое применение рентгеновские лучи нашли в медицине для просвечивания и выявления состояния внутренних, недоступных глазу человека, органов. И лишь значительно позднее, по мере создания все более и более мощных установок — для лечения некоторых видов заболеваний, главным образом, для разрушения злокачественных опухолей, а затем ив промышленности — для просвечивания самых разнообразных изделий без разрушения исследуемого образца и обнаружения в них скрытых дефектов.
Мощные рентгеновские установки на напряжение до
1—3 млн. в способны просвечивать металлические слитки илисты толщиной до 250 мм и более.
С открытием явления радиоактивности и особенно после создания ядерных реакторов, позволяющих получать изотопы с энергией частиц, достигающей миллионов электрон­
вольт (кобальт и пр, в медицине и промышленности вместо рентгеновского излучения стали применять радиоактивные изотопы ввиду относительной простоты и сравнительной дешевизны соответствующих установок и устройств.
Со временем, по мере усложнения задач, возлагаемых на этот вид устройств при их промышленном применении, рентгеновского и гамма-излучений даже с большой проникающей способностью (миллионы электронвольт) во многих случаях оказалось недостаточно. Рентгеновское и гамма-излу­
чения, пройдя исследуемое изделие, состоящее, например, из различных материалов и веществ, дают на светящемся экране или фотографической пленке чисто теневое изображение, свидетельствующее лишь о плотности того или иного участка исследуемого изделия, зачастую не позволяющее достаточно точно и уверенно разобраться в получаемом изображении. Вещества с малой плотностью оказываются для них слишком прозрачными, более же плотные и металлы — неп роницаемыми.
Выход из создавшегося затруднительного положения был найден в замене рентгеновского и гамма-излучения для этой цели нейтронным излучением, получаемым с помощью ядерных реакторов или специальных ускорительных устано­
вок.
Поток нейтронов в отличие от рентгеновского или гамма- излучений взаимодействует (рассеивается или поглощается) нес электронной оболочкой атомов, ас их ядрами, причем это взаимодействие проявляется по-разному. Например, непроницаемый для рентгеновского излучения свинец оказывается сравнительно прозрачным для нейтронов, в тоже время 145
материалы, богатые водородом или бором, например резина, кожа, пластмассы и жидкости непрозрачными В результате одно и тоже изображение, полученное в рентгеновском или гамма-излучении, получается резко отличным от изображения в нейтронном потоке. В то время как первое изображение состоит из резко очерченных силуэтов просвечиваемой детали, второе содержит полутени, обилие мелких деталей, даже тех, которые расположены внутри или позади металлических кожухов. Поток нейтронов позволяет, например, сфотографировать горящую свечу со всеми ее деталями (фитиль, пламя и т. п, стоящую позади толстой свинцовой пластины, тончайшие детали строения тела насеко­
мого.
Рентгеновское и гамма-излучения трудно фокусируются и еще труднее сделать сих помощью снимки больших объек­
тов.
Поток нейтронов может быть распределен по большой площади и позволяет произвести детальный снимок наружного и внутреннего устройства даже авиационной тур­
бины.
Обычно применяемые для радиографии и рентгенографии фотопленки малочувствительны к нейтронным потокам, поэтому, пройдя просвечиваемый объект, поток нейтронов попадает на чувствительный к ним металлический экран — конвертер, который, поглощая нейтроны, испускает поток бета- или гамма-излучения, засвечивающий особо чувствительную к ним фотопленку.
НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО — один из видов ускорителя частиц, отличающийся тем, что он имеет одно или два, соединенных в виде восьмерки, полых кольца — вакуумных канала с магнитной фокусировкой, в которых происходит совместное или раздельное постепенное увеличение плотности пучка ускоренных частиц (электронов, позитронов, протонов и антипротонов) стем, чтобы, направляя накопленные таким путем частицы навстречу друг другу, резко увеличить число их взаимных столкновений. Этот эффект усиливается ещё и тем, что, когда частица совершает внутри кольца огромное число оборотов (миллиарды оборотов, увеличивается во столько же раз вероятность столкновения с движущейся навстречу ей другой частицей. В результате столкновений частиц лоб в лоб выделяется энергия, служащая для образования новых частиц — в сотни и тысячи раз превышающая энергию, которую можно было бы получить при столкновении ускоренных частиц с неподвижной мишенью см. Встречные пучки
ОБМЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ
ОБМЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. Так называется взаимодействие двух физических систем или частиц, возникающее в результате непрерывного обмена ими между собой какой-то третьей частицей, общей для первых двух.
Например, ядерные силы, действующие между нуклонами ядра атома, являются следствием обмена между нуклонами частицей, называемой пи-мезоном см. Ядерные силы).
ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ. В связи со все увеличивающимся народонаселением Земного шара и бурным развитием промышленного производства ученые и экономисты в разных странах и по разным поводам все чаще и чаще подсчитывают и пересчитывают, на какой срок хватит человечеству разведанных источников природных ископаемых, ив первую очередь топлива.
Прогнозы ученых оказались довольно мрачными. Нефти по их подсчетам хватит максимум налет, угля — налети только запасы делящихся веществ урана и тория обещают отодвинуть реальную угрозу энергетического голода на несколько столетий (а возможно, и тысячелетий, что вселяет надежду на то, что задолго до исчерпания этого последнего источника энергии человечество наконец-то поставит себе на службу практически неисчерпаемый источник энергии — термоядерную реакцию (см. Термоядерная реакция
Однако сейчас, минуя даже стадию предварительных прогнозов, ученые забили тревогу по другому поводу. Угроза человечеству оказывается грядет совсем нес той стороны, откуда ее до сих пор ожидали, и не в те сроки, которые прикидывали для исчерпания различных видов полезных ископаемых, а со стороны наступившей уже сейчас кое-где реальной нехватки самого распространенного на нашей планете минерала. воды!
При этом речь идет не о тех пустынных и засушливых районах Земного шара, где вода порой продается кувшинами и чашками по дорогой цене, а, наоборот, о ряде стран, высокоиндустриаль­
ных и богатых, таких, как США, Англия, ФРГ и др.
Только потому, что вода покрывает 71% нашей планеты, наполняет озера и реки, падает с неба в виде дождя и насыщает влагой атмосферу, большинство людей думает, что источники ее на Земле —
1 359 000 000 кж
3
— практически бесконечны и неисчерпаемы. При этом они, естественно, имеют ввиду воду пресную. Но увы, подавляющая часть
(99,683%) этой воды — Мировой океан — вода со леная.
Возникла новая, крайне важная и срочная проблема опреснение — очистка морской воды от со­
лей.
Еще в 350 г. дон. э. Аристотель писал об успешных опытах удаления соли из морской воды. Тоже делали и римские легионеры Юлия Цезаря в 49 г. н. э. Они опресняли воду путем дистилляции — пе­
регонки.
И хотя с тех пор прошло достаточно много времени и разработано много разных методов опреснении воды, все они требуют расхода довольно большого количества энергии — порядка одного киловатт-час »
148
на один кубический метр (тонну) морской воды. В одних случаях это число бывает несколько больше (сильносоленая вода, в других несколько меньше (слабосоленая вода).
Чтобы начать борьбу с уже наступившим недостатком пресной воды (а ведь нужно еще вдоволь напоить пустынные и засушливые районы ряда стран, некогда бывшие цветущими садами, нужны десятки и сотни миллиардов тонн пресной воды, а следовательно, десятки и сотни миллиардов кило­
ватт-часов энергии.
Как правило, пустыни — это не те места, где не идут дожди, а те места, где нет энергии.
Каждая страна пытается разрешить эту задачу по-своему, но все их усилия упираются в одну единственную проблему где, откуда, как получить нужное количество энергии?
Источник таких масштабов может быть только один — атомные электрические станции с реакторами очень большой тепловой мощности, такой, чтобы получаемая от них энергия обходилась значительно дешевле энергии, получаемой от обычных тепловых электрических станций.
Первая такая установка, развивающая тепловую мощность свыше миллиона киловатт, введена встрой в СССР на восточном берегу Каспийского моря в городе, названном по фамилии знаменитого украинского поэта Т. Шевченко, где тот отбывал царскую каторгу.
На вырабатываемом реакторами тепле работает электрическая станция мощностью около
150 тыс. кета пар, после того как он приведет в движение турбины и генераторы электрического тока, направится в опреснительную установку, вырабатывающую до 120 тыс. т опресненной воды в сутки, не считая ценных химика лиев, получаемых
из рассола, образующегося после опреснения морской воды. Этого количества электрической энергии и пресной воды хватит для нужд большого промышленного города с населением в несколько десятков тысяч человек!
Объединение самого мощного источника термоядерной энергии с неограниченными запасами воды Мирового океана окажет самое решающее влияние на все последующее развитие цивилиза­
ции.
ОБОГАЩЕННЫЙ УРАН. Цепная ядерная реакция деления обычно может быть возбуждена только водном из природных изотопов урана — уране. Однако в чистом металлическом уране его содержится только 0,72%; 99,27% составляет уран и ничтожно малое количество (0,006%) — уран. Так как выделение урана связано с огромными трудностями и затратой значительных средств, то технически и экономически, оказывается, несравненно более выгодно управляемую цепную реакцию возбуждать в уране, не выделяя его из обычного металлического урана, с одновременным превращением некоторой части урана в плутоний. По чисто техническим причинам ядерный реактор для этого приходится загружать довольно большим количеством природного урана — иногда несколькими десятками тонн.
Однако часто, например, для транспортных целей (ядерные реакторы для морских судов, подводных лодок, самолетов и т. п, размеры реактора должны быть предельно умень­
шены.
В этих случаях в загружаемом в реактор природном уране искусственно увеличивают количество делящегося изотопа — урана, полученного путем сложного и дорогого разделения изотопов урана на специальных заводах (см. Разделение изотопов Такое искусственное увеличение доли делящегося изотопа в обычном уране (2—90%) и называют обогащением.
ОРБИТАЛЬНЫ Й ЭЛЕКТРОН — электрон, вращающийся вокруг ядра атома на одной из его орбит, имеющей эллиптическую форму.
Орбитальные электроны составляют электронную оболочку атома
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   16

перейти в каталог файлов


связь с админом