Образование химических элементов в космических телах 1

Например, один из авторов настоящей книги совместно с сотрудниками изучил выходы различных изотопов, образующихся при облучении железной мишени протонами различной энергии. Путем такого моделирования ядерных реакций, протекающих в железных метеоритах, удалось определить скорости накопления всех космогенных изотопов. Оказалось, что за 1 млрд, лет в железных метеоритах за счет расщепления ядер железа накапливается до 5 · 10¯⁸ г космогенных изотопов на 1 г метеорита. Полученные в этой работе данные о скоростях образования различных космогенных изотопов могут быть использованы для точного определения космического возраста железных метеоритов, а также для определения времени падения метеоритов на Землю, интенсивности космических лучей и изменения ее на протяжении последних миллиардов лет.

Таким образом, детальное изучение метеоритов и ядерных реакций, которые в них протекают, приобретает все более важное значение для решения многих основных проблем мироздания. Подобные исследования не могут быть заменены никакими другими, хотя и будут существенно дополнены изучением вещества некоторых планет солнечной системы.

Космические лучи при попадании в атмосферу Земли испытывают соударения с атомными ядрами элементов атмосферы, в результате чего возникают вторичные нейтроны разнообразных энергий и мезоны. Во всей толще атмосферы образуется в среднем 2,6 нейтр/см² сек. В зависимости от энергии нейтронов в атмосфере протекают следующие ядерные реакции:

Ν¹⁴(n, р)С¹⁴ (тепловые нейтроны);

Ν¹⁴(n, Не⁴)В¹¹(E_n >1 Мэв);

N¹⁴(n, Н³)С¹²(E_n ≥ 4 Мэв).

Первая реакция является источником С¹⁴ в атмосфере и земной коре. Общее количество этого изотопа в земной коре достигает 80 т, что соответствует образованию 10 кг С¹⁴ в год.

Тритий образуется в земной коре главным образом под действием нейтронов космических лучей в количестве 0,12 атом/см² сек. Это соответствует общему содержанию 1,8 кг трития в земной коре. Из этого количества лишь 1 % содержится в атмосфере и 1 % — в речных водах. Определение содержания трития в атмосферных осадках, в водах озер л морей дает ответ на ряд геохимических вопросов, позволяет установить, время, прошедшее с момента испарения воды из океана и выпадения ее в виде дождя, отличить подземные воды от поверхностных.

Недавно в дождевой воде был впервые обнаружен изотоп Be⁷. Он образуется в атмосфере под действием быстрых протонов по реакции N¹⁴(p, 2α)Ве⁷. Скорость его образования равна 2300 атом/см² в день. Обнаружены также и долгоживущие изотопы Be¹⁰, Р³² и S³⁵, Последний изотоп возникает, по-видимому, в результате расщепления атмосферного аргона под действием космических протонов. Содержание S³⁵ оценивается равным 100—1175 атомов в 1 мл воды.

В последнее время начались исследования по обнаружению различных продуктов ядерных реакций, протекающих под действием космических лучей на атомы элементов, входящих в состав минералов и горных пород земной коры. Эти исследования сопряжены с большими трудностями, но они будут преодолены, и тогда можно будет, по-видимому, найти ответы на многие очень интересные вопросы относительно наблюдаемых аномалий в распространенности отдельных элементов-и их изотопов.

Еще много лет назад акад. В. И. Вернадский указал на то, что наблюдаемое рассеяние всех элементов в веществе земной коры нельзя объяснить полностью различными химическими, биохимическими и геологическими процессами. Он высказал предположение, что это явление может быть обусловлено ядерными реакциями элементов земной коры с космическими лучами. Изучение этого вопроса представляет, несомненно, большой интерес.

Таким образом, в веществе, которое выбрасывается при гигантских вспышках Новых и Сверхновых (и из которого затем образуются туманности и тела планетных систем), а также в веществе большинства звезд в результате различных ядерных реакций на их поверхности происходит постепенный процесс разрушения ядер химических элементов и превращение их в ядра водорода и других легких элементов. Этот процесс необратим. Синтез элементов в веществе, из которого состоят туманности, планеты, астероиды, кометы и метеориты, не происходит. Следовательно, во Вселенной наблюдается круговорот атомов химических элементов. В недрах звезд происходят ядерные реакции синтеза атомов тяжелых элементов в основном из водорода. Тепло, выделяемое в этих реакциях, обусловливает физическое состояние звезд, представляющих собой большие массы газа, нагретого до высокой температуры. В холодных телах значительно меньших размеров протекает обратный процесс — разрушение ядер химических элементов. Таким образом, количественное изменение в массах космических тел приводит к количественному изменению характера ядерных процессов, в них протекающих.

7. Судьба химических элементов в белых карликах