В 1934 году наша страна праздновала столетнюю годовщину со дня рождения великого русского химика Д. И. Менделеева. В ознаменование этой даты Академия наук СССР учредила ежегодные «Менделеевские чтения». Право выступать с докладами на «Менделеевских чтениях» получают лишь крупнейшие ученые, проделавшие оригинальные и наиболее выдающиеся работы в области химии и физики.
На первое «Менделеевское чтение», состоявшееся 29 сентября 1936 года, были приглашены известные французские физики, получившие Нобелевскую премию, — Фредерик Жолио и его жена Ирен Жолио-Кюри. Им принадлежит одно из величайших открытий современной атомной физики — открытие искусственной радиоактивности и получение искусственных радиоэлементов.
Это открытие обогащает нас новыми познаниями в области строения материи и, таким образом, облегчает разрешение крупнейшей проблемы будущего — проблемы использования внутриатомной энергии.
Наши представления о строении атомов за последние двадцать лет развивались с быстротой, редко наблюдаемой в науке.
Современная атомистическая теория учит нас, что мельчайшая частица вещества — атом — представляет собой образование чрезвычайно сложной структуры, в состав которой входят электрические заряды. В атоме мы различаем две области: центральную область, или ядро, где сосредоточена почти вся масса атома, несущая положительные электрические заряды, и внешнюю область, где расположены отрицательно заряженные частицы — электроны. Электроны одинаковы во всех веществах: железе, свинце, дереве, стекле. Сумма их зарядов равна заряду ядра. Благодаря этому уравновешиванию отрицательных и положительных зарядов атом электрически нейтрален.
Ядро играет самую существенную роль в атоме. По выражению Жолио, «вся глубокая индивидуальность атома кроется в его ядре». Атом может, например, потерять несколько или даже все свои электроны, и это не будет играть никакой существенной роли, потому что положительно заряженное ядро притянет к себе из других окружающих тел столько отрицательно заряженных электронов, сколько нужно для сохранения атома. Следовательно, атом, например, свинца, останется свинцом до тех пор, пока цело его ядро.
В ядре сосредоточена почти вся (на 0,999%) масса атома. Диаметр ядра очень мал, порядка 10⁻¹³—10⁻¹²(0,0000000000001—0,000000000001 сантиметра), то есть в 100 тысяч раз меньше диаметра атома. Ядро атома состоит из нейтронов — незаряженных элементарных частиц материи — и протонов — элементарных частиц материи, несущих один заряд положительного электричества и по своей массе близких к нейтрону. По числу протонов и определяется величина положительного заряда ядра.
*
Открытие явления радиоактивности и элемента радия способствовало выяснению сложной картины атомного ядра. Замечательным свойством радия и других радиоактивных элементов является их способность непрерывно излучать энергию в виде альфа-, бета- и гамма-лучей. Что является источником этих лучей? Один из крупнейших физиков современности, англичанин Резерфорд, показал, что источником этой энергии должен быть атом, или, точнее, ядро атома. Действительно, альфа-лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц, вылетающих из ядра со скоростью, в среднем равной 18 тыс. км в секунду.
Что же происходит с атомом при вылете из его ядра альфа-частицы? Атом становится легче, так как альфа-частица обладает каким-то весом: она в четыре раза тяжелее атома водорода. Следовательно, при потере альфа-частицы атомный вес радиоактивного элемента уменьшится на четыре.
Изменение ядра атома вызывает изменение самой материи. Действительно, испускание радиоактивных лучей переводит один элемент в другой, который отличается от исходного своими химическими свойствами и является разновидностью какого-либо уже существующего элемента, находящегося в определенном месте периодической системы.
Как известно, Д. И. Менделеев расположил все элементы, из которых состоят тела, например алюминий, фосфор, натрий, железо, водород и другие (в настоящее время существует около 92 элементов), в таблицу периодической системы. В этой таблице элементы находятся в порядке возрастания их атомных весов, и химические свойства их повторяются периодически.
Когда в результате изменения ядра атома получается новый элемент, то, как мы уже сказали, он является разновидностью какого-то элемента, находящегося в определенном месте периодической системы. Оба эти элемента имеют одинаковые химические свойства, но отличаются друг от друга атомным весом. Такие элементы были названы изотопами.
Громадное большинство элементов, начиная с водорода, имеет один или несколько изотопов. Изотоп водорода, полученный американцем Льюисом, называется дейтерием, а ядро изотопа — дейтоном. У олова, например, имеется одиннадцать изотопов, у кислорода — три изотопа. В настоящее время установлено, что изотопы можно рассматривать как атомы одного и того же элемента, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но по числу нейтронов они отличаются друг от друга на одну или несколько единиц.
Образование изотопов у обычных элементов может происходить при искусственном разрушении (бомбардировке) их атомного ядра извне при помощи частиц, излучаемых сильными источниками энергии. В радиоактивных же элементах образование изотопов происходит самопроизвольно с выбрасыванием альфа- или бета-частицы за счет внутриядерной энергии.
*
До последнего времени думали, что все типы превращений элементов при искусственном разрушении их ядер приводят к образованию обыкновенных устойчивых элементов. Это оказалось не так. В 1935 году супруги Жолио открыли, что при некоторых типах превращений образуются настоящие радиоэлементы, то есть элементы, обладающие свойством радиоактивности. Оказалось, что обычные устойчивые элементы при действии на их ядра альфа-лучей или других частиц, обладающих большой энергией, могут превращаться в настоящие радиоактивные элементы. Но эти новые элементы имеют некоторые свойства уже известных обыкновенных элементов.
Жолио брали, например, металл алюминий и подвергали его действию альфа-частиц, излучаемых радиоактивным источником — полонием. Полоний — это радиоактивный элемент, открытый Кюри незадолго до радия. В течение одной секунды свыше миллиарда альфа-частиц падало на алюминий, вызывая в нем превращение. После облучения альфа-частицами алюминия в течение часа источник альфа-лучей удалялся. Тогда оказывалось, что первоначально неактивная поверхность алюминия стала активной и испускает поток положительно заряженных частиц. По своим свойствам это излучение совершенно подобно излучению, наблюдаемому при распаде естественных радиоактивных элементов: радия, полония, урана и других.
При помощи очень тонкого эксперимента супруги Жолио установили, что полученный из алюминия радиоэлемент представляет собой не существующий в природе в обычных условиях радиоактивный изотоп обыкновенного фосфора. Поэтому они и назвали его радиофосфором. Радиофосфор затем самопроизвольно превращается в элемент кремний. Это — вторая фаза превращения, которую мы можем только наблюдать, не имея возможности вмешаться, чтобы изменить ее ход.
При бомбардировке альфа-частицами нерадиоактивного элемента бора образуется радиоизотоп азота — радиоазот; при бомбардировке магния — радиоактивные кремний и алюминий.
После опытов Жолио исследования в области получения искусственных радиоэлементов были предприняты и развиты в СССР, Англии, США и некоторых других странах. В результате этих исследований в настоящее время ученые умеют создавать около 60 новых искусственных радиоэлементов; по своей численности они превосходят естественные радиоэлементы.
 |
| Для бомбардировки атомного ядра потоком заряженных частиц применяются циклотроны, при помощи которых сообщают этим частицам большие скорости. Циклотрон конструкции профессора Калифорнийского университета E. Лоуренса состоит из плоского вакуумного резервуара, который соединен с электронными трубками и помещен между двумя полюсами мощного электромагнита. Поток заряженных частиц, получаемых в электронных трубках, под влиянием сильного магнитного поля приобретает колоссальную скорость. |
Такие высоковольтные электрические установки имеются в Кембриджском университете (Англия) и некоторых научных учреждениях США. В настоящее время Фредерик Жолио создает современную мощную базу для своих работ. Им сооружена трубка, дающая гамма-лучи с энергией свыше миллиона вольт. Интенсивность излучения этой трубки эквивалентна интенсивности гамма-лучей, испускаемых 1500 г радия. Сконструирован и другой электрический генератор на 5 миллионов вольт. Этот генератор будет демонстрироваться на Всемирной парижской выставке в 1937 году, по окончанию которой его предоставят в распоряжение института Жолио для экспериментальных работ.
 |
| Гигантский электрогенератор, который будет демонстрироваться на Всемирной парижской выставке 1937 г. Он сконструирован для экспериментальных работ по бомбардировке атомного ядра и получению искусственных радиоэлементов. От трения бесконечной ленты из прорезиненной хлопчатобумажной ткани заряжаются статическим электричеством два металлических шара. Когда электрический потенциал достигает 5 миллионов вольт, происходит разряд, сопровождающийся искрой длиною около 3 м. |
*
Искусственные радиоэлементы — это крупнейшее открытие в науке. Искусственные радиоэлементы позволят поставить новые исследования в таких важных областях науки, как биология, химия, медицина. Так, например, при помощи искусственных радиоэлементов можно будет изучить распределение различных элементов в живых организмах. Вещество, вводимое в организм, предварительно смешивается со своим искусственным радиоактивным изотопом, обладающим, конечно, теми же химическими свойствами. Этот радиоактивный изотоп будет через некоторое время давать в той или иной области организма свечение, то есть излучение, альфа-, бета- и гамма-частиц. Здесь же, очевидно, будет находиться и тот обыкновенный элемент, который был предварительно смешан со своим искусственным радиоизотопом. Чтобы определить, таким образом, как распределяются введенные вещества в организме, нужны совершенно ничтожные количества искусственных радиоэлементов, так как даже самые слабые излучения будут улавливаться чувствительными приборами.
Процессы искусственной радиоактивности, как мы уже говорили, дают нам ключ к решению загадки ядра и, таким образом, облегчают путь к разрешению величайшей проблемы превращения элементов и практического использования неисчислимо огромной внутриатомной, внутриядерной энергии, выделяющейся при этом. Достаточно указать, что искусственными радиоэлементами заинтересовалась американская электротехническая фирма «Дженеральэлектрик».
Открытие искусственной радиоактивности позволяет представить те пути, по которым шло создание большого числа атомов, некогда существовавших во вселенной. Эти атомы образовывались из скопления свободных нейтронов, которые затем превращались в протоны и электроны. Те атомы, которые мы наблюдаем на нашей планете, являются более устойчивыми и пережили другие. Менее же устойчивые исчезли, но исчезли с тем, чтобы в наше время возродиться в лаборатории физика.
Все полученные до настоящего времени искусственные радиоэлементы обладают сравнительно малой продолжительностью жизни. Существует мнение, что для получения радиоэлементов с большей продолжительностью жизни необходимо располагать сверхмощными энергетическими источниками. Здесь, несомненно, огромную роль сыграет развитие электротехники.
Можно полагать, что исследователи, разрушающие и создающие элементы по своему желанию, найдут способ осуществить настоящие превращения взрывного характера, причем одно превращение будет вызывать несколько других. Можно себе представить, какое громадное количество энергии будет выделяться, если такие превращения станут распространяться в материи.
Но представьте себе фантастическую картину, когда такое превращение охватывает все элементы нашей планеты. В этом случае можно с опасением ожидать страшной катастрофы. Фредерик Жолио говорит, что «если когда-нибудь исследователь найдет способ вызвать эту катастрофу, то попытается ли он сделать опыт? Думаю, что он этот опыт осуществит, так как исследователь пытлив и любит риск неизведанного».
Мы не разделяем опасений Фредерика Жолио о возможности подобной катастрофы. Разрушение элементов в таком грандиозном масштабе будет непосильно какому-нибудь маньяку-одиночке, который не остановится перед тем чтобы взорвать весь мир из своей лаборатории. Такие работы не составляют теперь тайны одиноких исследователей, а ведутся целыми коллективами научных учреждений в различных странах. Задача будущей науки и техники и заключается в том, чтобы найти способы, как «обуздать» и использовать колоссальную внутриатомную энергию.
Комментариев нет:
Отправить комментарий