Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Цепные реакции не нуждаются в контроле, они протекают самопроизвольно. Однако этот стихийный процесс приводит к высвобождению такого количества энергии, что ее выделение происходит взрывообразно. На этом принципе основано устройство атомной бомбы. Ядерная энергетика деления развивает технологии контролируемого расщепления атома, при которых возможно получение не разрушительной, а созидательной энергии для нужд промышленности.

Первым ученым, который добился успеха, занимаясь такими исследованиями, был итальянский физик Э. Ферми. Он изучал особенности процесса искусственного деления ядер урана и, в частности, установил, как обойти границу величины критической массы. Под критической массой радиоактивного вещества понимается такое его количество, когда цепная реакция перестает быть управляемой.

В атомной энергетике достижение ядерным горючим критической массы очень опасно, поскольку реактор превращается в бомбу. Первый в мире реактор был запущен под руководством Э. Ферми в США в 1942 г. В нашей стране в 1946 г. был запущен первый в Европе атомный реактор. Его запуском ведал основатель отечественной ядерной физики И. В. Курчатов.

Управляемый термояд

Термояд — сокращенное, полуофициальное название термоядерного синтеза. Энергию атомного ядра можно до бывать не только путем расщепления, но и посредством синтеза тяжелых ядер, когда рождение новых продуктов сопровождается выделением радиоактивного излучения и колоссального количества тепла. Видимо, эпоха анализа (разложения) в науке и технике безвозвратно уходит в прошлое. Ее сменяет эпоха синтеза. Человек больше не разрушает, а старательно создает из простого сложное. Мы объединяем вещества в лекарства, пластмассы, волокна, сплавы и многое другое. Теперь человеку предстоит создавать новые атомы, чтобы обеспечить себе доступ к практически безграничным источникам энергии.

Открытие реакции термоядерного синтеза

Реакции синтеза атомных ядер были предсказаны рядом физиков в 1910-х гг. на основании данных изучения радиоактивного превращения элементов. Парадоксально, но термоядерный синтез был осуществлен в 1919 г., т. е. почти за 9 лет до искусственного проведения реакции радиоактивного распада. Впервые в искусственных условиях его провел Э. Резерфорд: он столкнул на большой скорости гелий с азотом и получил водород и тяжелый кислород. Спустя 5 лет ученый успешно провел в своей лаборатории синтез сверхтяжелого водорода трития из ядер тяжелого водорода дейтерия.

Ядро гелия (альфа-частица) обладает удивительной способностью воздействовать на атомы. Еще сильнее расшатывает любое атомное ядро дейтрон — ядро дейтерия. Бомбардируя этими ядрами более тяжелые изотопы, удается вызвать интенсивные реакции, приводящие к синтезу новых элементов. Средневековые алхимики мечтали превращать неблагородные металлы в золото. Наука показала, что химическим путем этого добиться невозможно, но каждый специалист по ядерной физике знает, что превратить свинец или ртуть в золото реально. Нужно воспользоваться колоссальными возможностями термоядерного синтеза.

Сегодня уже найдены формулы реакций, обеспечивающих получение золота из любого неблагородного металла. К сожалению, искусственный синтез элементов чрезвычайно труден, поэтому золото гораздо выгоднее добывать из земных недр. Чтобы сталкиваемые ядра вступили в реакцию, им нужно сообщить значительную скорость, которая напрямую зависит от энергии летящих частиц. Резерфорд осуществил лишь простейшие реакции, значительно разогнав ядра. Более сложные реакции потребуют или невероятно длительного разгона, или создания температур от 50 до 100 млн °С.

Задолго до того, как ученые столкнулись с проблемами осуществления термоядерного синтеза, английский физик А. Эддингтон выдвинул смелое предположение, что звезды горят благодаря протеканию в их недрах термоядерных реакций. До того времени ученые выдвигали самые невероятные гипотезы для объяснения причины свечения звезд.

Ближе всех к истине подошел Г. Гельмгольц. Он предположил, что разогревание недр звезды объясняется ее сильным гравитационным сжатием под действием собственного тяготения. Однако в таком случае запаса теплоты такому светилу, как Солнце, хватило бы максимум на 1,8 млн лет. Гипотеза Гельмгольца была справедлива лишь отчасти. Звезда действительно разогревалась под влиянием гравитационного сжатия до температуры в недрах около 80 млн °С, при которой в ее веществе «зажигались» термоядерные реакции, поддерживающие дальнейшее ее свечение.