Энергия будущего - [11]
Чтобы разделить ядро, нужно затратить энергию, различную для разных ядер.
При изучении строения атома и его ядра обычно возникает вопрос: почему ядро не разваливается само по себе? Ведь входящие в его состав протоны электрически заряжены, следовательно, они должны отталкиваться друг от друга с большой силой. Почему же этого не происходит? Объясняется это тем, что внутри ядра действуют еще так называемые внутриядерные силы, притягивающие друг к другу частицы ядра. Силы эти велики, но действуют только на очень близком расстоянии, поэтому их называют короткодействующими. Они-то и компенсируют — гасят силы электрического отталкивания протонов и не дают ядру самопроизвольно распасться.
В пределах объема ядра составляющие его частицы находятся в беспрерывном движении. Если бы удалось добавить туда хотя бы немного энергии, то есть ввести ее избыточное количество, то частицы стали бы двигаться быстрее. Можно предположить, что они смогли бы преодолеть соединяющие их ядерные силы и «изнутри» взорвать, разделить ядро. Величину этой избыточной энергии (физики называют ее энергией возбуждения) можно рассчитать.
Если проделать эти вычисления, то окажется, что легче всего поддаются делению тяжелые ядра. Так, для урана-235 величина энергии возбуждения равна всего 5 миллионам электронвольт — 5 Мэв. (В своих расчетах физики предпочитают пользоваться этой единицей энергии. Один Мэв примерно равен 4∙10>-17 килокалориям.) Для платины (атомный вес 195) величина возбуждения равна 40 Мэв, а для элемента с атомным весом 141 (празеодим) возрастет до 62 Мэв. Ядра тяжелых элементов самые неустойчивые. Достаточно лишь немного «подтолкнуть» такое ядро, то есть добавить небольшое количество энергии, как оно разделится.
Если теперь возобновить разговор об инструменте и энергии, то инструментом для деления атомного ядра могут быть, как уже говорилось, протоны, другие ядра или нейтроны. Попав в ядро, они должны иметь хороший запас энергии, то есть обладать большой скоростью. Этот запас должен быть не меньше той энергии возбуждения, о которой речь шла выше. Только тогда ядро перейдет в возбужденное состояние и произойдет его деление.
Для того чтобы протон или нейтрон обладали энергией 5 Мэв, необходимой, для деления урана-235, нужно, чтобы скорость их равнялась 30 тысячам километров в секунду.
Мы еще не обращали внимания на одно свойство частиц, представляющих собой инструмент для деления ядра, — их заряд. А ведь протоны и ядра атомов — это заряженные частицы, и именно поэтому они как инструмент непригодны для деления ядра. При сближении, например, протона с ядром между ними будут действовать силы отталкивания. Преодолевая их, протон потеряет часть своей энергии и попадет в ядро таким обессиленным, что уже не сможет разделить ядро. Значит, энергия заряженных частиц-снарядов должна быть очень большой (вспомните термоядерный синтез), существенно больше энергии, необходимой для деления ядра.
Поэтому в качестве инструмента для деления предпочтение надо отдать незаряженному нейтрону. Пользуясь своей нейтральностью, он может свободно проникать в ядро; ему не надо преодолевать силы отталкивания. Чтобы разделить ядро, он должен только принести в него энергию возбуждения, и ее будет достаточно для этой «операции».
Остановимся еще на одном факте, имеющем громадное значение для осуществления реакции деления.
Когда шла речь о синтезе элементов, мы заметили, что если лишь присоединить нейтрон к ядру, то, поскольку это будет уже элемент с другим атомным весом, должна выделиться энергия, обусловленная изменением недостатка (дефекта) массы. В случае присоединения нейтрона к урану-235 она равна примерно 7 Мэв. Прежде чем выделиться из ядра, эта энергия переведет его в возбужденное состояние. Следовательно, «простое присоединение» нейтрона к ядру уже вносит в него энергию возбуждения, большую той, которая необходима для разделения элемента с атомным весом 235 (она равна, если помните, 5 Мэв), точнее, 236, так как после присоединения нейтрона атомный вес увеличился на единичку.
Отсюда вытекает, что нейтрон не должен обладать никакой начальной энергией, его не нужно разгонять до 30 тысяч километров в секунду, необходимо только, чтобы он как-то попал в ядро. Тогда оно придет в возбужденное состояние и с большой вероятностью разделится. А уж само деление приведет к выделению энергии гораздо большей. О ее величине мы уже говорили: для урана-235 она равна примерно 200 Мэв на ядро (20 миллионов килокалорий на грамм урана).
Под действием нейтронов, не обладающих начальной энергией, могут делиться не все ядра, а только те, у которых энергия возбуждения, необходимая для их деления, меньше 7 Мэв, то есть той энергии, которая выделяется при простом добавлении нейтрона к ядру.
Таких ядер известно немного. Их атомный вес должен быть близким к 235, и для них энергия возбуждения, вызывающая деление их ядер, составляет около 5 Мэв.
Действительно, платина (атомный вес 195) уже не подходит. Энергия возбуждения, необходимая для ее деления, равна 40 Мэв. Элемент с атомным весом 141 вообще невыгодно делить: энергия, которую необходимо затратить на его деление (62 Мэв), меньше энергии, обусловленной дефектом массы и выделяющейся при делении (48 Мэв). Значит, нужные элементы со «знаком качества» следует искать вблизи атомного веса 235. Они легко делятся и отдают большую энергию, чем тратится на их деление. Прежде всего это сам уран с атомным весом 235, наиболее распространенный в природе, затем плутоний-239 и изотоп уран-233. Эти элементы называются делящимися.
Партия и правительство приняли Энергетическую программу СССР. Книга «Энергетика сегодня и завтра» познакомит читателей с современным состоянием энерговооруженности нашего народного хозяйства, с проблемами, которые придется решать добытчикам топливно-энергетического сырья, и с новыми источниками энергии, с которыми мы встретимся в недалеком будущем. Издание рассчитано на самые широкие круги читателей.
Работа представляет комплексный анализ антропологических и этических учений с древнейших времен до современности в их взаимозависимости и взаимовлиянии. Адресуется студентам и аспирантам гуманитарных вузов, а также широкому кругу читателей.
Штрихи к портретам известных отечественных и зарубежных деятелей науки: академиков – Г. Марчука, Л. Окуня, Ж. Алферова, А.Сахарова, С.Вавилова, Ф.Мартенса, О.Шмидта, А. Лейпунского, Л.Канторовича, В.Кирюхина, А.Мигдала, С.Кишкина, А. Берга, философов – Н.Федорова, А. Богданова (Малиновского), Ф.Энгельса, А. Пятигорского, М.Хайдеггера, М. Мамардашвили, В.Катагощина, выдающихся ученых и конструкторов – П.Чебышёва, К. Циолковского, С.Мальцова, М. Бронштейна, Н.Бора, Д.Иваненко, А.Хинчина, Г.Вульфа, А.Чижевского, С. Лавочкина, Г.Гамова, Б.
После Альбигойского крестового похода — серии военных кампаний по искоренению катарской ереси на юге Франции в 1209–1229 годах — католическая церковь учредила священные трибуналы, поручив им тайный розыск еретиков, которым все-таки удалось уберечься от ее карающей десницы. Так во Франции началось становление инквизиции, которая впоследствии распространилась по всему католическому миру. Наталия Московских рассказывает, как была устроена французская инквизиция, в чем были ее особенности, как она взаимодействовала с папским престолом и королевской властью.
В книге собраны воспоминания участников Отечественной войны 1812 года и заграничного похода российской армии, окончившегося торжественным вступлением в Париж в 1814 году. Эти свидетельства, принадлежащие самым разным людям — офицерам и солдатам, священнослужителям и дворянам, купцам и городским обывателям, иностранцам на русской службе, прислуге и крепостным крестьянам, — либо никогда прежде не публиковались, либо, помещенные в периодической печати, оказались вне поля зрения историков. Лишь теперь, спустя двести лет после Отечественной войны 1812 года, они занимают свое место в истории победы русского народа над наполеоновским нашествием.
Автор книги рассказывает о появлении первых календарей и о том, как они изменялись, пока не превратились в тот, по которому мы сейчас живем. Вы узнаете много интересного и познавательного о метрических системах, денежных единицах и увлекательных парадоксах физики, химии и математики. Занимательные исторические примеры, иллюстрируя сухие факты, превращаются в яркие рассказы, благодаря живому и образному языку автора.
Одна из первых монографий Александра Койре «Этюды о Галилее» представляет собой три, по словам самого автора, независимых друг от друга работы, которые тем не менее складываются в единое целое. В их центре – проблема рождения классической науки, становление идей Нового времени, сменивших антично-средневековые представления об устройстве мира и закономерностях физических явлений. Койре, видевший научную, философскую и религиозную мысли в тесной взаимосвязи друг с другом, обращается здесь к сюжетам и персонажам, которые будут находиться в поле внимания философа на протяжении значительной части его творческого пути.