События и люди. Издание пятое, исправленное и дополненное.

Итак, как правило, все хорошо помнят со школьной скамьи, что химические элементы состоят из протонов (количество которых в ядре и определяет местоположение данного атома в таблице Менделеева) и нейтронов. Нейтрон по массе близок к протону, но в отличие от него не обладает электрическим зарядом, чем и определяется его название. Известно только одно ядро, в состав которого не входят нейтроны, — это ядро водорода, простейшего химического элемента. Во все остальные ядра нейтроны входят в качестве необходимого условия устойчивости ядра. Так, например, невозможно существование ядра, состоящего из двух протонов. Но если в состав ядра входят два протона и один нейтрон, то такое ядро устойчиво и называется гелием-3. Если мы в ядро гелия-3 добавим еще один нейтрон, то это по-прежнему будет гелий (так как не изменилось число протонов, а мы уже говорили, что именно от количества протонов зависит название химического элемента), но в нем будет уже четыре частицы (два протона плюс два нейтрона), и называется он гелием-4. Точнее говоря, это ядро гелия-4, но если добавить к ядру два электрона, то получится атом гелия-4. Если добавить два электрона к ядру гелия-3, то получится атом гелия-3. И тот и другой атомы существуют в природе, и с точки зрения химии они почти эквивалентны. Это и понятно, поскольку химия определяется количеством электронов у данного атома, а их в обоих гелиях ровно два. Таким образом, возникает парадокс: с точки зрения ядерной физики мы имеем совершенно различные объекты, которые очень сильно отличаются по своим ядерным свойствам, но с точки зрения химии они практически одинаковы. Так часто бывает в семьях: дети носят одну фамилию, но совершенно различны по характеру. Но в физике они называются не братьями или сестрами, а изотопами. Если продолжить аналогию, то следует отметить, что достаточно часто встречаются семьи, где всего один ребенок, и в физике такой атом называется моноизотопом (например, золото-197). А самая многодетная семья у олова — в нее входит одиннадцать родственников.

На этом наша простая аналогия почти заканчивается. Но, прежде чем перейти к дальнейшему изложению, надо уяснить еще один момент, который нам будет очень важен в дальнейшем. Дело в том, что в самом ядре взаимоотношения между протонами и нейтронами крайне непросты, что, впрочем, и в семейной жизни не редкость. Так, в семействе урана самым устойчивым является изотоп с массовым числом 238, и как следствие его содержание в природном уране составляет 99,27 %. Следующий по своей устойчивости изотоп с массовым числом 235, его содержание в природной смеси около 0,72 %. А самым нестабильным изотопом, входящим в состав природного урана, является уран-234 — его всего 0,006 %. Изотопы урана 236, 237, 239 совсем нестабильны и, если и образуются, то распадаются за столь короткие времена, что в сравнении с временами жизни других представителей этого семейства о них и говорить не приходится.

Из приведенного примера видно, что для 92 протонов (именно эта цифра характеризует семейство урана) предпочтительнее иметь в качестве соседей 146 нейтронов (146 + 92 = 238, уран-238), менее предпочтительно 143 нейтрона (143 + 92 = 235, уран-235), на крайний случай 142 (уран-234), соседство же со 144, 145, или 147 нейтронами в силу причин, которые мы не будем здесь обсуждать, практически невозможно.