Биография атома - [40]
Наконец все снова заняли свои места. Ферми, как адмирал, командовал с самого высокого места. Его так и прозвали «адмиралом». Кадмиевые стержни начали медленно, очень медленно извлекать из котла. И все следили за приборами. Вот извлечены уже все стержни, кроме одного. Приборы пока ничего не показывают. Напряжение нарастало. Начали извлечение последнего стержня. Взгляды всех прикованы к приборам. Еще дюйм, еще. И вдруг чуть заметно дрогнула стрелка прибора. Послышалось щелканье счетчиков. Еще немного поднят стержень. Стрелки приборов отклонились сильнее, счетчики нейтронов защелкали часто и быстро. Теперь звук их работы напоминал непрерывную пулеметную очередь. Последний из стержней поднят еще немного. Счетчики нейтронов защелкали, как одержимые. Они словно захлебывались от огромного количества нейтронов, они не успевали их считать! Цепная реакция началась. Счастливые и возбужденные участники этого эксперимента поздравляли друг друга.
Один из помощников Энрико Ферми подходит к телефону и сообщает начальству о результатах заранее условленной фразой: «Итальянский мореплаватель добрался до Нового Света!» Это означало, что Ферми, итальянский эмигрант, бежавший от фашистов, добился своего. Он осуществил первую в мире цепную реакцию деления ядер урана. Это случилось в 15 часов 30 минут 2 декабря 1942 г.
Как же он работает?
Итак, впервые в мире цепная реакция осуществлена. Но предназначалась она не для того, чтобы стать новым, невиданным источником энергии для человечества. Нет, не для этого. Она предназначалась для получения смертоносного плутония для атомной бомбы.
Как происходило образование плутония при цепной реакции? Мы уже знаем, что уран-238 обладает значительно меньшей способностью поглощать медленные нейтроны. Кроме того, при поглощении таких нейтронов он не делится, а через некоторое время превращается в плутоний.
Эти особенности поведения изотопов урана и решил использовать Ферми. В ядерном реакторе, который он создавал, каждый изотоп урана должен был выполнять свою роль. Уран-235 хорошо делится и дает новые нейтроны. Пусть он и будет источником нейтронов для цепной реакции. Уран-238 поглощает нейтроны, которые дает уран-235, и превращается в плутоний. Он и будет сырьем для получения плутония. Нужно только каждому изотопу создать соответствующие условия, чтобы он получше выполнял свою роль. Такие условия и создавались в ядерном реакторе, сооружаемом под трибунами чикагского стадиона.
Освобождающиеся при делении ядер урана-235 нейтроны имеют очень большую энергию. С такой энергией они плохо поглощаются другими ядрами урана-235. Значит, нужно эти нейтроны замедлить. А как замедлить? Вот тут-то и пригодилось открытие, сделанное Ферми восемь лет назад в бассейне с золотыми рыбками. Ведь тогда Ферми обосновал теорию замедления нейтронов на ядрах легких элементов. Одним из таких легких элементов является графит. Ядра атомов графита хорошо замедляют нейтроны. Кроме того, что очень важно, они почти не поглощают замедленные нейтроны. Значит, потерь их почти не будет.
И по мере того как Ферми со своими сотрудниками работал над проектом ядерного реактора, все четче и определеннее вырисовывалась его конструкция. Уран нужно брать в виде небольших цилиндриков, которые следует расположить в массе графита на строго определенном расстоянии один от другого. Это расстояние выбиралось таким образом, чтобы количество графита, находящегося между цилиндриками урана, было достаточно для замедления нейтронов до энергии, при которой происходит интенсивное поглощение нейтронов ядрами урана-235. Эти ядра при делении дадут новые нейтроны, которые опять замедлятся на графите, окружающем кусок урана. Они снова поглотятся ядрами урана-235 и опять дадут новые нейтроны. Так осуществится цепная реакция.
Но часть нейтронов поглощается и ядрами урана-238. Такие ядра будут превращаться в плутоний. После того как в уране накопится достаточно много ядер плутония, уран можно извлечь из реактора и заменить его свежим. Извлеченный из реактора уран отправляется на химическую переработку с целью выделения из него нового делящегося материала—плутония. Плутоний имеет химические свойства, отличные от химических свойств урана, и поэтому отделить его химическими способами от урана не так уж трудно.
Это и был второй путь, который избрал Ферми для получения материала для атомной бомбы.
Вернемся к ядерному реактору. В процессе замедления рождающихся быстрых нейтронов часть их, хотя и небольшая, бесцельно поглощается графитом, часть вылетает за пределы реактора и, следовательно, теряется безвозвратно. Значит, нужно уменьшить эту потерю нейтронов, чтобы как можно больше их поглощалось ядрами атомов урана-235 и урана-238. Для этой цели графитовая кладка реактора с расположенными в ней кусками урана со всех сторон окружалась слоем чистого графита. Благодаря этому слою часть нейтронов, вылетающих из зоны, где происходит цепная реакция (она получила название активной зоны), в результате многократных соударений с ядрами графита отражается обратно в активную зону. Кроме того, размеры реактора брались большими. Ведь чем больше его размеры, тем меньше вероятность того, что нейтроны, родившиеся в его активной зоне, вылетят наружу. Этим самым также уменьшалась потеря нейтронов.
В последние годы вышла на передний рубеж науки и начала бурно развиваться физика элементарных частиц. Она ставит перед собой самую дерзновенную цель — познать наиболее сокровенные тайны природы, познать законы, управляющие миром, который не увидишь ни в какие микроскопы. Одни из этих законов уже познаны. Другие — наиболее таинственные, а потому и самые важные — ждут своего открытия. Эти открытия неразрывно связаны с поиском новых частиц. В последние годы «охота» за частицами приняла неведомый до сих пор размах.
Перед вами первая книга на русском языке, почти целиком посвященная остывающим реликтам звезд, известным под именем белых карликов. А ведь судьба превратиться в таких обитателей космического пространства ждет почти все звезды, кроме самых массивных. История открытия белых карликов и их изучение насчитывает десятилетия, и автор не только подробно описывает их физическую природу и во многом парадоксальные свойства, но и рассказывает об ученых, посвятивших жизнь этим объектам Большого космоса. Кроме информации о сверхновых звездах и космологических проблемах, связанных с белыми карликами, читатель познакомится с историей радиоастрономии, узнает об открытии пульсаров и квазаров, о первом детектировании, происхождении и свойствах микроволнового реликтового излучения и его роли в исследовании Вселенной.
Ученик великого Э. Ферми, сотрудник Ф. Жолио-Кюри, почетный член Итальянской академии деи Линчей Бруно Понтекорво родился в Италии, работал во Франции, США, Канаде, Англии, а большую часть своей жизни прожил в России. Бруно Понтекорво известен как один из ведущих физиков эпохи «холодной войны». В то время, как главы государств мечтали о мировом господстве, которое им подарит ядерное оружие, лучшие ученые всего мира боролись за «ядерное равновесие» и всеми возможными способами старались не разрывать прочные научные связи, помогавшие двигать науку вперед.
Эта книга поможет вам понять, как устроен окружающий мир и чем занимается физика как наука. Легким и неформальным языком она расскажет о физических законах и явлениях, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.
Гравитационные волны были предсказаны еще Эйнштейном, но обнаружить их удалось совсем недавно. В отдаленной области Вселенной коллапсировали и слились две черные дыры. Проделав путь, превышающий 1 миллиард световых лет, в сентябре 2015 года они достигли Земли. Два гигантских детектора LIGO зарегистрировали мельчайшую дрожь. Момент первой регистрации гравитационных волн признан сегодня научным прорывом века, открывшим ученым новое понимание процессов, лежавших в основе формирования Вселенной. Книга Говерта Шиллинга – захватывающее повествование о том, как ученые всего мира пытались зафиксировать эту неуловимую рябь космоса: десятилетия исследований, перипетии судеб ученых и проектов, провалы и победы.
В книге, одним из авторов которой является известный американский физик Г. Гамов, в доступной и увлекательной форме рассказывается о достижениях на стыке физики и биологии. Данная книга рассчитана на учащихся старших классов и студентов начальных курсов университетов самых разных специальностей.