Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
ную реакцию, при которой будут испускаться два и более нейтронов, и таким образом, нейтроны будут размножаться. Кроме того, в этой реакции будет высвобождаться энергия. Поскольку испускаемые нейтроны незаряженные, они не будут передавать свою энергию электронам вещества, а поэтому будут двигаться в материале до тех пор, пока не столкнутся с другими ядрами. Затем эти нейтроны смогут вызвать аналогичные реакции, за которыми снова по-
следует размножение нейтронов. Такой процесс будет продолжаться, приводя ко все большему числу реакций. Если будут испущены два нейтрона, за одной реакцией последуют две, за ними - четыре, затем восемь, шестнадцать, тридцать две, шестьдесят четыре и так далее. Число реакций будет увеличиваться в геометрической прогрессии, так же будет возрастать и общая выделенная энергия. Установится самоподдержива-ющаяся цепная реакция, которая приве-
Number 26 2000 Los Alamos Science
63
От алхимии к атомам
(а) Поглощение лишь одного нейтрона на ядерную реакцию приводит к поддержанию постоянной ядерной мощности
\
Поглощение
нейтрона
\
Испускание нейтронов, выделение энергии
/Г
!iiiiiiii^J)
(б) Поглощение нескольких нейтронов на ядерную реакцию может привести к экспоненциальному увеличению числа ч ядерных реакций и мощному взрыву
\
Ч
J
г
W
Illllb
Рис. 2. Ядерная цепная реакция
Лео Сцилард понял, что самоподдерживающаяся цепная реакция может протекать в том случае, если поглощение одного нейтрона приводит к испусканию ядром нескольких нейтронов. При каждой такой реакции выделяется энергия, и количество выделенной энергии в единицу времени зависит от скорости, с которой повторно поглощаются испущенные нейтроны, вызывая новые реакции, (а) При повторном поглощении в среднем одного нейтрона на реакцию - цепь линейная. Это - концепция ядерного реактора, в котором число нейтронов намеренно ограничивается, чтобы цепная реакция оставалась управляемой, (б) При повторном поглощении в среднем нескольких нейтронов число ядерных реакций возрастает в геометрической прогрессии. Без управления каждая цепь будет увеличиваться настолько быстро, а выделяемая энергия будет настолько велика, что произойдет мощный взрыв
Лео Сцилард
дет к выделению огромного количества ядерной энергии (см. рис. 2). Если бы нейтроны были быстрыми, то каждая ступень цепной реакции происходила бы за короткое время и было бы много ступеней, прежде чем материал разлетится под действием энергии, высвобожденной в результате этого процесса. Произошел бы мощнейший взрыв с силой, в миллионы раз превышающей ту, которая ранее освобождалась человеком.
Высвобождение ядерной энергии было неразрывно связано с созданием ядерной бомбы, и Сцилард признал эту печальную связь, так как он начал искать элементы, которые смогут действовать как размножители нейтро-
нов при их бомбардировке нейтронами. Он полагал, что бериллий, например, может испускать два нейтрона при поглощении им одного. Сцилард также понимал, что нейтроны должны вызывать реакции размножения нейтронов до вылета из объема материала. В соответствии с этими представлениями Сцилард ввел понятие критической массы (пока еще не известных элементов), или минимального количества вещества, необходимого для поддержания цепной реакции. Хотя Резерфорд и утверждал, что нельзя освободить энергию из атомных ядер, к 1934 году Сцилард подал заявку на патент на эту тему.
Ядерные превращения
Ядерные превращения были получены еще до того, как Сцилард начал размышлять о цепных реакциях, но первоначально считалось, что в результате превращений образуются устойчивые ядра подобно кислороду-17 в реакции (I). В дальнейших исследованиях наблюдали позитроны после бомбардировки а-частицами легких элементов, таких как бор, алюминий и магний. Позитроны (е+) - эквивалент электронов в антивеществе. Они заряжены положительно и имеют массу, равную массе электрона. Фредерик Жолио и Ирен Кюри обнаружили, что испускание позитронов продолжается после прекращения облучения а-частицами. Более того, число испускаемых позитронов экспоненциально уменьшается со временем. Поэтому сигнал позитронов аналогичен сигналу, который можно ожидать при распаде радиоактивного элемента.
Методом химического осаждения Жолио и Кюри выделили источник позитронов, испускание которых продолжалось после облучения алюминиевой мишени, и показали, что источником является неустойчивый изотоп фосфора, который затем в результате испускания позитронов переходит в кремний-30:
J237Al + ^He -» JJP + п , и (2)
JJP \°4Si + <?+ + V . (3)
Таким образом Жолио и Кюри открыли искусственную радиоактивность (1934 г.). В то время как естественная радиоактивность наблюдалась во многих из самых тяжелых элементов (от таллия до урана), с помощью искусственно проводимых ядерных превращений теперь можно было создавать новые ядра элементов всей периодической системы. Более того, Жолио-Кюри строго доказали свой результат, химически выделив продукт. Таким образом они заложили основу для идентификации полученных ядер.
