Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

_{Открытие Андерсоном положительного электрона. Трек пронизывает слой свинца. В направлении, перпендикулярном фотографии, от читателя приложено сильное магнитное поле. (Копия с фотоснимка К. Д. Андерсона, хранящегося в музее науки в Лондоне.)} 

С тех пор как появилось сообщение Резерфорда, осуществлено много таких «ядерных» реакций, сначала путем бомбардировки существующими в природе снарядами (α-частицами), а затем более мощными снарядами — протонами, ускоренными на больших машинах, и, наконец, еще более эффективными снарядами — лишенными заряда нейтронами. Эти ядерные превращения составляют обширную область ядерной «химии».

Фиг. 124.Образование пар. Рождение вещества.

_{Отрицательные и положительные электроны рождаются γ-квантом, пришедшим снизу. В направлении, перпендикулярном фотоснимку, приложено сильное магнитное поле (W. A. Fowler, E. R. Gаеrttner, С. С. Lauгitsen).}

Фиг. 125.Распад ядра, вызванный нейтроном.

_{Нейтрон, столкнувшись с ядром азота, поглощается им. Образующееся ядро испустило α-частицу и испытало отдачу. Первичный нейтрон, трек которого на фотоснимке не виден, пришел от источника в направлении, указанном стрелкой (N. Feather, Ргос. Roy. Soc. Lond.).}

Ядерная «химия»

Для ядерных реакций используется теперь принятая в химии запись уравнений. Например, ядро атома радия обозначается его химическим символом Ra, а атомный номер, т. е. заряд ядра, равный +88 зарядам электрона, и масса атома, равная 226 (в шкале, в которой Н ~= 1, O = 16), записываются так: ₈₈Ra²²⁶. Распад атома радия с испусканием альфа-частицы и превращением его в атом радона записывается следующим образом:

₈₈Ra²²⁶ = ₈₆Rn²²² + ₂Не⁴

Открытое Резерфордом превращение азота записывается следующим образом:

₂Не⁴ + ₇N¹⁴ = ₈O¹⁷ + ₁H¹.

Первая «большая машина» была не очень большой: она ускоряла протоны только до энергии 150 000 эв. Но уже эти протоны могли проникать в атомы литиевой мишени и раскалывать ее ядра. Фотоснимки в камере Вильсона подтвердили предположение о том, что «протон, попадая в атом лития, рождает две альфа-частицы высокой энергии»:

₁H¹ + ₃Li⁷ = ₂He⁴ + ₂He⁴.

Протоны налетают с энергией около 150 000 эв. Каждая родившаяся альфа-частица имеет энергию 8 500 000 эв, т. е. обе частицы — 17 Мэв. Следовательно, можно сказать, что

₁H¹ + ₃Li⁷ + (0,15) Мэв = ₂Не⁴ + ₂Не⁴ + (17) Мэв,

где Мэв означает миллион электронвольт. Альфа-частицы рождаются с кинетической энергией, гораздо большей, чем приносит с собой протон. Когда они сталкиваются с молекулами воздуха, то теряют свою энергию на ионизацию атомов, а также время от времени на столкновения с ядрами. Эта энергия в основном переходит в тепло. Сравните получающиеся количества тепла — 17 000 000 эв от одного атома лития с 4 эв, приходящимися на один атом сгоревшего угля.

Фиг. 126.Схематическое изображение атомных ядер.

_{(Замечание. Остальная часть атома — его электронное облако — в выбранном по схеме масштабе простирается на десятки метров от рисунка.)}

_{Изображение ядерных событий, представленных на последующих рисунках, заимствовано из книги «Classical and Modern Physics», by H. White, D. Van Nostrand Соmр., Princeton. 1940.}

Фиг. 127.Первое искусственное расщепление ядра.

Фиг. 128. Излучение альфа-частицы.

Фиг. 129.β-излучение.

Фиг. 130.γ-излучение.

Фиг. 131. Деление атома лития при бомбардировке его протонами.

Ядерная энергия. Никакой надежды на практическое использование