Государственное технико-теоретическое издательство выпустило книгу акад. А. Ф. ИОФФЕ „АТОМНОЕ ЯДРО СЕГОДНЯ“. Книга эта представляет собой переработку лекции, прочитанной в клубе Московского университета.Чрезвычайно сжатое, но вполне четкое и доступное изложение одного из труднейших вопросов современной физики несомненно сделает данную книгу весьма популярной в широких кругах читателей. Интерес к этой книге еще более усиливается, если принять во внимание, что автор ее сам является крупнейшим ученым исследователем в области атомной физики. В книге „Атомное ядро Сегодня“ мы имеем весьма удачное сочетание увлекательной формы изложения со всей строгостью научного содержания. Все это заставляет нас настоятельно рекомендовать книгу акад. Иоффе нашим читателям.Ниже мы помещаем несколько отрывков из этой книги.
Такой метод, доведенный до чрезвычайно большой точности Астоном, позволил установить, что все элементы, атомные веса которых не выражались целыми числами, на самом деле представляют собой не однородное вещество, а смесь двух или нескольких — 3, 4, 9 — различных видов атомов. Так например атомный вес хлора, равный 35, 46, объясняется тем, что на самом деле имеется несколько сортов хлорных атомов. Существуют атомы хлора с атомным весом 35 и 37, и эти два вида хлора смешаны между собой в такой пропорции, что их средний атомный вес получается 35,46. Оказалось, что не только в одном этом частном случае, но и во всех без исключения случаях, где атомные веса не выражаются целыми числами, мы имеем смесь изотоп, т. е. атомов с одним и тем же зарядом, следовательно представляющих собой один и тот же элемент, но с различными массами. Каждый же отдельный сорт атомов всегда имеет целый атомный вес.
Таким образом гипотеза Проута получила сразу значительное подкрепление, и вопрос можно было бы считать решенным, если бы не одно исключение, а именно сам водород. Дело в том, что наша система атомных весов построена не на водороде, принятом за единицу, а на атомном весе кислорода, который условно принят равным 16. По отношению к этому весу все остальные атомные веса выражаются целыми числами. Но сам водород в этой системе имеет атомный вес не 1, а несколько больше, именно— 1,0078. Это число отличается от единицы довольно значительно — на ¾ проц., что далеко превосходит все возможные ошибки в определении атомного веса.
Можно было бы думать, что и в случае водорода мы имеем дело с той же причиной, что водород составлен из нескольких изотоп. Вопрос об изотопах водорода имеет довольно любопытную историю. Отклонение ионов водорода в электрическом и магнитном поле показало, что и отдельные атомы водорода имеют тот же атомный вес 1,0078 по отношению к атомам кислорода, атомный вес которых принят был равным 16. Но после этого выяснилось, что сам кислород, на котором строились все наши атомные веса, оказался далеко не безупречным. Оказалось, что и у кислорода имеется 3 изотопа: кроме преобладающего с атомным весом 16, другой — с атомным весом 17 и третий — с атомным весом 18. Обычный кислород — смесь этих трех изотоп. Его средний атомный вес немного больше атомного веса самого легкого изотопа — 16. Если
относить все атомные веса к этому изотопу 16, то атомный вес водорода все-таки окажется несколько больше, чем атомный вес отдельных атомов водорода, которые были измерены в электрическом магнитном поле. Разница небольшая, около 0,01 проц., но тем не менее из этого расхождения выведено «было заключение, что должны существовать изотопы водорода. И на самом деле найден был второй изотоп водорода — водород с атомным весом 2 — дейтон, как его назвали открывшие его американцы, или диплон, как его называют англичане. Этого дейтона примешано всего примерно ¹/₆₀₀₀ часть и поэтому на атомном весе водорода присутствие этой примеси сказывается очень мало.
Американскому физику и химику Гильберту Льюису удалось выделить эту примесь водорода почти в чистом виде. В полученной им воде больше 99 проц. всего водорода представлял собой не обычный водород с атомным весом 1, а изотоп водорода с атомным весом 2, и следовательно молекулярный вес самой воды (Н2О), который обычно должен быть 18, здесь получился равным 20.
Эта «тяжелая» вода имеет ряд очень замечательных свойств. Во-первых, все физические ее константы совершенно иные. Плотность ее на 11 проц. больше, чем плотность обыкновенной воды, замерзает она при +3,8°, кипит она при 101,4°, температура максимальной плотности ее не 4°, а 11° и т. д. Кроме того она обнаруживает ряд замечательных свойств в биологических процессах. Оказывается, что живые существа (рыбы например) сейчас же погибают в этой тяжелой воде, более простые организмы выживают дольше, но в конце концов тоже погибают. Это открытие дает нам новый путь к выяснению целого ряда вопросов химии и биологии. Не только в воде, а и в самых разнообразных органических соединениях и во многих биологических объектах можно замещать обыкновенный водород дейтоном. Различие их свойств очень невелико, так как заряд у них одинаков, и только массы различны. Это маленькое различие свойства мне кажется особенно интересно для биологии. Специфические свойства биологических процессов и заключаются в чрезвычайно сильном действии совершенно ничтожных доз веществ. Так например лучи Гурвича, метогенетические лучи или ультрафиолетовый свет, испускаемый при биологических процессах, обладают совершенно ничтожной интенсивностью, которая в тысячу миллиардов раз меньше интенсивности, даваемой ртутной дугой, и тем не менее эти едва ощутимые дозы света производят самое радикальное влияние на биологическую жизнь. Поэтому такие небольшие изменения, как замена водорода дейтоном, позволят, вероятно, проследить за функциями очень многих биологических соединений. Примесь тяжелой воды ослабляет деятельность ферментов.
С другой стороны, и в химии, в особенности в органической химии, замена одного водорода другим позволит проследить тонкие различия в свойствах соединений, чего нельзя было сделать при грубой замене одного элемента другим, вроде замены лития натрием, натрия 'калием и т. д. Существенное отличие химических явлений в том, что они по неизбежности связаны с большими скачками. Непрерывных изменений, на которых мы могли бы проследить явление, мы в химии не знаем. В дейтоне мы имеем перед собой средство вызвать очень малые изменения. Дейтон оказался также самым мощным орудием в расщеплении атомного ядра.
*
Мы уже знаем, что в ядре сосредоточена почти вся энергия атома и притом энергия громадная. 1 г вещества имеет энергию 9×10²⁰ эргов. Если перевести на более наглядный язык, можно сказать, что в 1 г вещества содержится столько энергии, сколько можно получить от сжигания 10 поездов по 100 вагонов нефти. Следовательно ядро — совершенно исключительный источник энергии. Сравните 1 грамм с 10 поездами, — таково соотношение концентрации энергии в ядре по сравнению с энергией, которой мы пользуемся в нашей технике.
Однако если вдуматься в те факты, которые мы сейчас рассматриваем, то можно, наоборот, притти к совершенно противоположному взгляду на ядро: можно сказать, что ядро с этой точки зрения является не источником энергии, а ее кладбищем, ядро — это остаток после выделения громадного количества энергии и в нем мы имеем самое низкое состояние энергии.
Следовательно если мы можем говорить о запасах энергии в ядре, то только в том смысле, что может быть не все ядра дошли до предельно низкой энергии, ведь, и водород и гелий оба существуют в природе, и следовательно не весь водород соединился в гелий, хотя гелий и обладает меньшей энергией. Если бы мы могли имеющийся водород сплотить в гелий, то получили бы известное количество энергии. Это не 10 поездов с нефтью, но все-таки это будет примерно 10 вагонов с нефтью. И это не так уже плохо, если бы можно было из 1 г вещества получить столько энергии, сколько от сжигания 10 вагонов нефти. В других элементах мы такого большого различия атомных весов не имеем. Мы имеем изменения в тысячные доли и при сравнении с нефтью это соответствует примерно одной цистерне нефти. Но и это тоже неплохо.
Таковы возможные запасы энергии при перестройке ядер. Но возможность конечно еще далеко не реальность.
*
Очень интересно, как развитие учения о ядре было обусловлено определенным моментом в развитии техники.
Летом 1931 г. в Париже, на конгрессе по вопросам передачи энергии на далекие расстояния, английский физик Алибон, работавший в лаборатории Метрополитэн Викерса, сообщил, что ему удалось осуществить вакуумную трубку в полмиллиона вольт для целей передачи энергии на большие расстояния. Через полгода это достижение было использовано в соседней Кембриджской лаборатории, и при помощи такой трубки удалось разрушить впервые ядро лития. Это послужило началом нового этапа в изучении ядра, когда мы стали активно воздействовать на ядро, а не только наблюдать. Дальнейшее развитие работ по расщеплению атомного ядра требует уже не полмиллиона вольт, а многих миллионов.
Следовательно теперь задача о ядре самым настойчивым образом требует дальнейшего развития техники, перехода от тех напряжений, которые уже освоены высоковольтной техникой, от напряжений в несколько сот тысяч вольт к миллионам вольт. Создается новый этап в технике. Эта работа над созданием новых источников напряжения в миллионы вольт ведется сейчас во всех странах и за границей и у нас, в частности в Харьковской лаборатории, которая первая начала эту работу, и в нашем институте и в других местах. Создаются новые типы машины, и мы выдвинули несколько новых идей в этом направлении, которые теперь разрабатываются. Это очень наглядный пример взаимодействия науки и техники. Мы подходим к новому этапу электротехники, к новому этапу в овладении силами природы, гораздо более мощному, чем все то, что мы знали до сих пор. Он открывает нам и другие возможности. Первая трубка в 2½ миллиона вольт была например использована для медицинских целей; опыты производились над мышами; оказалось, что достаточно включения этих лучей на 1/100 000 долю секунды, чтобы радикально излечить рак на белых мышах.
*
Проблема ядра — одна из самых актуальных проблем нашего времени в физике; над ней нужно с чрезвычайной интенсивностью и настойчивостью работать, и в этой работе необходимо обладать большой смелостью мысли. Мне кажется, что именно здесь должна сказаться мощь диалектического метода, предсказавшего и весь ход развития современной физики. Я конечно понимаю здесь под диалектическим методом не совокупность фраз, взятых из Энгельса. Не его слова, а их смысл нужно перенести в нашу работу; только один диалектический метод может нас подвинуть вперед в такой совершенно новой и передовой области, как проблема ядра.
В этом отношении мне кажется очень показателен следующий факт. Осенью этого года мне пришлось слышать в Париже доклад об атомном ядре, сделанный величайшим французским физиком Ланжевеном. В докладе, рассматривая процесс развития учения о ядре, он с полной неизбежностью пришел к диалектическому методу, как к единственно возможной точке зрения, которая позволяет понять ход развития вопроса. Характерно, что, отмахнувшись вначале от марксизма, Ланжевен в последней части своего доклада пришел к выводу, что диалектический характер развития наших знаний, переход количества в качество, навязывается нам всей историей; единственный путь понять атомную физику и развивать ее — это путь диалектического материализма. Большое преимущество советской науки, — что она владеет этим мощным орудием. Советские физики, и в особенности наши институты, поздно приступили к работам по ядру. Но первые успехи в этой области дают основание надеяться, что в этом узловом вопросе современной физики мы займем достойное место.
Комментариев нет:
Отправить комментарий