Деление
Двадцать лет тому назад возникло подозрение, что при облучении урана медленными нейтронами образуются новые элементы, стоящие за последним элементом в периодической системе. Было ясно, что в облученном уране возникали и некоторые другие элементы, причем химический анализ показал, что они не были соседними по таблице элементами, такими, как обычные продукты распада при захвате. Было высказано предположение, что при этом создавались новые, еще не известные элементы. Затем химический анализ показал, что эти странные радиоактивные продукты были не сверхтяжелыми атомами, а изотопами хорошо известных атомов, расположенных в середине периодической системы элементов, таких, как барий, цезий, криптон, йод и многих других, каждый из которых проявлял себя в химических реакциях точно так же, как обычный атом того же элемента, в какие бы соединения он ни входил.
Это было интерпретировано как разделение огромного ядра урана на два крупных осколка, не равных, но сравнимых по размеру. Это событие было названо делением по аналогии с процессом биологического деления клетки. Нейтрон, попадая в ядро урана, делал его нестабильным и раскалывал на две «половинки», которые разлетались друг от друга под действием колоссальной силы кулоновского отталкивания их зарядов.
Массивные «осколки деления» разлетались друг от друга, унося с собой громадную кинетическую энергию, в сумме около 200 Мэв. В камерах Вильсона это событие было сфотографировано, а энергии «осколков» измерены с помощью ионизационных счетчиков.
Большая часть энергии освобождается в результате простого электростатического отталкивания между «половинками» ядра, заряженными положительно (заряд каждой «половинки» по величине равен нескольким десяткам зарядов электронов), разбегающихся из своего невероятно тесного жилища. При этом важно не только то, что выделяется потрясающее количество энергии, но и то, что появляется возможность возникновения цепной реакции, поскольку кроме осколков деления вылетает еще несколько нейтронов. Нельзя ли устроить так, чтобы эти нейтроны делили другие атомы урана или чтобы урановый блок взрывался? В случае естественного урана — смеси изотопов — нет: нейтрон легко вызывает деление только чистого U235.
Обычно нейтрон поглощается естественным ураном, его изотопом U238. С помощью масс-спектрографа было показано, что уран состоит из двух изотопов U235 и U38 и очень редкого изотопа U234. На масс-спектрографе же были отделены друг от друга ничтожные количества этих изотопов. Когда они были исследованы, то свойство делиться было обнаружено лишь у U235. При этом деление происходило чаще при захвате медленных нейтронов, чем быстрых. Изотоп U238 также сильно поглощал нейтроны, особенно быстрые. Естественный уран представляет собой смесь: 99,3% U238 и только 0,7% U235, который хорошо делится. Если деление происходит в куске естественногогурана, то быстрые нейтроны, которые при этом образуются, в основном, захватываются ядрами U238 и цепной реакции не получается. Только в куске чистого U235 могла бы возникнуть цепная реакция, так что он мог бы взорваться, как бомба. Многое из этого уже было известно или предполагалось к началу второй мировой войны, когда изготовление атомной бомбы стало одновременно и военной, и научной задачей. Прежде чем обсуждать, как используется деление (ц теперь и синтез), повторим некоторые ранее приведенные рассуждения о топливе и взрывах.
Автор Эрик Роджерс “Физика для любознательных”
ДРУГИЕ НАШИ ПРОЕКТЫ