Замечательные геологические явления нашей страны

Если мы будем рассматривать последовательно элементы периодической системы Д. И. Менделеева; постепенно от легких элементов к более тяжелым, то увидим, что по мере перехода к более тяжелым атомам количество входящих в состав их ядер нейтронов начинает преобладать над количеством протонов. Наконец, при известном избытке нейтронов такие системы делаются, повидимому, уже недостаточно устойчивыми. Поэтому, начиная с 82-го порядкового номера периодической таблицы, мы встречаемся, на ряду с устойчивыми ядрами химических элементов, также с существованием в природе неустойчивых ядер, способных к самопроизвольному распаду, т. е. обладающих естественной радиоактивностью.

Однако в 1939 г. О. Ганом и Ф. Штрассманом в Германии, Ф. Жолио во Франции и Л. Мейтнер и О. Фришем в Дании было показано, что под влиянием бомбардировки ядер урана нейтронами последние способны раскалываться на две почти равные части, причем процесс этого деления протекает с большим выделением энергии. Этим самым было открыто совершенно новое явление раскалывания ядер элементов, отличное от ранее изученных процессов радиоактивного распада. Этот процесс можно себе представить следующим образом. Ядро урана является малоустойчивым. После улавливания еще одного нейтрона образовавшееся сложное ядро распадается путем деления на два новых ядра, сумма электрических зарядов и масс которых равна заряду и массе исходного ядра урана. Получившиеся новые ядра будут отвечать по своему строению более легким, чем уран, химическим элементам. Но они вместе с тем обладают огромным избытком нейтронов в ядре и, следовательно, избытком массы по сравнению с той, которая отвечает устойчивому состоянию ядра в данном месте периодической системы. Поэтому вновь начинается распад в этих ядрах и их превращение в другие химические элементы.

Надо ко всему сказанному добавить, что в настоящее время физики могут раскалывать не любой атом урана, а только атом его изотопа с (весом 235. Напомним, что уран, обладающий самыми тяжелыми атомами среди всех металлов, состоит из смеси трех разновидностей весьма сходных, атомов, или изотопов, урана с атомными весами 234, 235 и 238. Изотоп 235-находится в любом урановом препарате всего в количестве 0,7 % по отношению к сумме атомов урана, и выделить его из этой смеси чрезвычайно трудно.

Итак, только бомбардировка нейтронами и их столкновение с ядром атома 235 взорвет его, раздробляя на два новых. Эти движущиеся обломки, оказывается, обладают огромной энергией. Но их легко остановить некоторыми преградами и уловить всю их энергию в виде обыкновенного тепла.

В очень схематизированном виде атом урана и летящие в него нейтроны изображены на чертеже. Здесь ясно видно, что быстро двигающийся нейтрон может пролететь мимо цели, а медленный «снаряд» будет как бы «всосан» ядром урана. При этом ядро расщепится на два новых, которые разлетятся с катастрофической силой. Некоторые «остаточные части» в виде трех или четырех нейтронов останутся от атомного расщепления и свободно вылетят также с громадной силой. Энергия разрыва будет в несколько миллиардов раз больше энергии употребленного снаряда. Получаются такие же соотношения, как при взрыве некоторого количества динамита небольшим детонатором.

Атом урана 235, состоящий из 92 протонов (+) и 143 нейтронов (-) в ядре, электрически уравновешивающих 92 электрона (—) во внешних орбитах. Атомный вес 29+143=235

Первый нейтроновый снаряд должен быть пущен извне. А затем нейтрбновые осколки первого взрыва взорвут несколько новых ядер, и дальнейшее расщепление атомов будет продолжаться само собой по схеме цепной реакции (подобно тому, как поставленные кости домино падают друг за другом, если толкнуть первую кость).

Возникает вопрос: как управлять этим взрывом? Но особенности этого явления сами приходят на помощь человеку. Оказывается, что нейтроны, выброшенные атомным взрывом, двигаются слишком быстро, чтобы попадать в другие ядра и их взрывать. Их полет для этого должен быть искусственно замедлен. В качестве такого замедлителя могут служить водородные атомы. Именно это обстоятельство делает особенно ценным новое открытие физиков, создавая возможность искусственно регулировать скорость разрушения атомов урана и тем самым рационально использовать освобождающуюся при этом энергию. Надо создать замедленную цепную реакцию, подобную горению каменного угля на воздухе, что может быть достигнуто пропитыванием урановой массы водородом или водой.

После начала реакции вода в соответствующей дозировке уничтожит избыток энергии, и реакция будет протекать с желаемой скоростью.

Расчеты показали, что полная энергия, которую можно получить при расщеплении атомов, содержащихся в 1 кг урана, эквивалентна энергии 5000 т сжигаемого угля.

Вот почему ученые видят теперь в уране источник энергии будущего и увлекаются заманчивой и близкой идеей создания атомных силовых установок!