А. Азимов - Краткая история химии (1118124), страница 9
Текст из файла (страница 9)
гл. 13). Эти исследователиобработали барием бомбардированный уран, в результате в осадок выпала какая-то фракциясильно радиоактивного вещества. Эта реакция заставила Гана и Мейтнер усомниться в том,что одним из продуктов бомбардировки был радий: элемент по своим химическим свойствамочень был похож на барий, и можно было ожидать, что радий сопровождает барий в любыххимических превращениях. И тем не менее из этих барийсодержащих фракций получитьрадий не удалось.Примерно в 1938 г. Ган предположил, что полученная фракция может бытьрадиоактивным изотопом самого бария, образовавшимся из урана. Такой радиоактивныйбарий может соединиться с обычным барием, и разделить их обычными химическимиспособами невозможно.
Однако образование такого соединения представлялось весьмасомнительным. Все ядерные реакции, известные к 1938 г., приводили к изменениюпорядковых номеров элементов только на 1 и 2 единицы. Переход от урана к барию означал,что порядковый номер элемента уменьшился на 36 единиц. Это могло произойти только втом случае, если бы атом урана разделился примерно пополам (расщепление ядра атомаурана). Ган не решался - по крайней мере публично - даже обсуждать возможность такогорасщепления.В 1938 г. нацистская Германия вторглась в Австрию и аннексировала ее.
Австрийскаягражданка Лизе Мейтнер вынуждена была эмигрировать в Швецию. В свете пережитогопоследствия возможной научной ошибки представлялись ей столь малозначащими, что онаопубликовала теорию Гана о том, что атомные ядра урана при бомбардировке нейтронамиподвергаются расщеплению.Эта статья вызвала большой переполох, так как ученые сразу поняли, к каким ужаснымпоследствиям может привести это явление.
Если атом урана после поглощения нейтронараспадается на два меньших атома, в ядрах которых меньше нейтронов, чем в ядре атомаурана53, то избыточные нейтроны должны излучаться, и если их поглотят другие атомыурана, то они в свою очередь также разделятся, что приведет к излучению еще большегочисла нейтронов.Расщепление одного атома урана приведет к расщеплению нескольких атомов.Результат цепной ядерной реакции окажется подобен результату обычной химическойцепной реакции, например реакции водорода и хлора (см. гл. 9). Однако поскольку ядерныереакции связаны с обменом гораздо большими энергиями, чем химические реакции, торезультаты ядерной цепной реакции окажутся несравнимо более мощными.Мир стоял на пороге Второй мировой войны.
Правительство США, понимая, чтосмертоносная энергия атомных ядер может быть использована нацистами, приступило креализации исследовательской программы создания цепной ядерной реакции и полученияядерного оружия.Трудностей оказалось очень много. Прежде всего выяснилось, что цепная ядернаяреакция возможна лишь при наличии некоторой довольно большой массы урана - такназываемой критической массы.
К моменту же начала работ ученые располагалинезначительным количеством урана, так как до 1940 г. уран как таковой почти неприменялся. Кроме того, нейтроны необходимо было замедлять с тем, чтобы вероятность ихпоглощения ураном увеличилась. В качестве таких замедлителей, как выяснилось, можноиспользовать блоки графита или тяжелую воду (воду, в которой водород заменен надейтерий).Другая трудность заключалась в том, что не каждый атом урана, поглотивший нейтрон,претерпевает ядерное расщепление.
Ядерному расщеплению подвергается довольно редкийизотоп - уран-235. Поэтому необходимо было разработать способы отделения и накопленияданного изотопа. Это была беспрецедентная задача: разделение изотопов в таких большихмасштабах никогда ранее не проводилось. Исследования показали, что в этих целях можноиспользовать гексафторид урана, поэтому одновременно требовалось отрабатывать методикуработы с соединениями фтора. После открытия плутония, который, как выяснилось, такжеподвергается ядерному расщеплению, было налажено производство его в большихколичествах.Возглавлял всю эту работу Ферми, который в 1938 г.
покинул Италию и поселился вСША. Второго декабря 1942 г. атомный реактор, работавший на уране, оксиде урана играфите, был приведен в "критическое состояние". В нем поддерживалась цепная реакция, ив результате деления атомного ядра урана была получена энергия.К 1945 г. были изготовлены устройства, в которых при подрыве небольшого зарядавзрывчатого вещества происходило сближение двух порций урана. Суммарная масса этихдвух порций урана превышала критическую. Благодаря воздействию космических лучей ватмосфере всегда имеются случайные нейтроны, так что в критической массе урана сразу женачиналась цепная ядерная реакция, которая сопровождалась взрывом неведомой до тех порсилы.Первая такая "А-бомба", или "атомная бомба" (или правильнее бомба расщепления),была взорвана в июле 1945 г.
в Аламогордо, штат Нью-Мехико. К следующему месяцу былиизготовлены еще две бомбы, которые в конце Второй мировой войны были сброшены наяпонские города Хиросима и Нагасаки.Однако деление ядра атома урана применяется не только в целях разрушения. Когдапроцесс получения энергии поддерживается на постоянном безопасном уровне, расщеплениеядра можно использовать и в целях созидания. В пятидесятых - шестидесятых годах былопостроено большое число ядерных реакторов, предназначенных для полученияэлектрической энергии.Выделением большого количества энергии сопровождается не только деление тяжелыхатомов, но и объединение двух легких ядер в одно более тяжелое (термоядерный синтез).Колоссальное количество энергии выделяется, например, при соединении ядер водорода,приводящем к образованию гелия.Для того чтобы заставить объединиться атомы водорода, необходимо преодолетьзаслон из электронного облака, что требует огромной энергии. Такие реакции происходят вглубинах Солнца и других звезд.
Солнечная энергия (количество которой не уменьшается втечение миллиардов лет) является энергией ядерного синтеза.В 50-х годах XX в. был разработан способ получения энергии, необходимой дляядерного синтеза. В качестве источника энергии была использована бомба расщепления, и врезультате была получена ядерная бомба еще большей разрушительной силы, которуюназывают по-разному: "водородная бомба", "Н-бомба", "термоядерная бомба", но болееправильное название бомба термоядерного синтеза.Разработаны и испытаны бомбы термоядерного синтеза с потенциалом разрушения втысячи раз большим, чем у первых бомб расщепления. Одна большая бомба термоядерногосинтеза может полностью разрушить самый крупный город мира, а если взорвать всеимеющиеся сейчас бомбы термоядерного синтеза, то взрывная волна, пожары ирадиоактивные осадки уничтожат все живое на Земле.Однако термоядерный синтез можно (и должно!) использовать не для разрушения.Одной из наиболее важных экспериментальных работ, проводимых в настоящее время,является попытка получить чрезвычайно высокие температуры, в сотни миллионов градусов,управляемым способом (а не в центре взрывающейся бомбы расщепления) и поддерживатьэти температуры достаточно долго, с тем чтобы началась реакция термоядерного синтеза.Управляя скоростью такой реакции, можно создать фантастические запасы энергии.
Вкачестве топлива пригоден дейтерий, или тяжелый водород, который в огромныхколичествах (вполне достаточных на миллионы лет) имеется в воде океанов.Никогда раньше человечеству не грозило так реально полное уничтожение, но иникогда раньше человечество не могло рассчитывать на то процветание, которое возможно вслучае отказа от применения термоядерного оружия.
Но судьба человечества не можетзависеть от прогресса только одной из областей науки.Мы приобретаем знания. Эти знания дает нам наука.Теперь мы должны быть еще и мудрыми!1"Элемент" - латинское слово неизвестного происхождения. Греки не употребляли его,но, поскольку это одно из важнейших понятий современной химии, обойтись без негоневозможно, даже в тех случаях, когда речь идет о греках.2На первый (и не очень внимательный) взгляд эти рассуждения представляются оченьнаивными. Но, подумав немного, мы оценим, насколько глубоки были в действительностидогадки древних греков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
