Наука и удивительное - [45]
Обычно ядро «расщепить» очень трудно, но некоторые из очень тяжелых ядер, например ядро одного из изотопов урана или ядро искусственно приготовленного элемента плутония, почти готовы распасться сами по себе. Удара одного нейтрона достаточно, чтобы разбить ядро на две половинки, не соединенные друг с другом. Они разлетаются с большой энергией, нагревая всю окружающую их среду до высокой температуры. Это и есть процесс деления. Он идет так энергично, что при делении из ядра выбиваются один или два нейтрона, которые играют очень важную роль. В большом блоке материала, способного делиться, для возникновения реакции достаточно одного нейтрона.
Один нейтрон расщепляет первое ядро, выбитые нейтроны вызывают расщепление следующих ядер и т. д. до тех пор, пока не расщепится большая часть делящегося материала. Этот процесс мы называем цепной реакцией. Он может происходить только в блоке столь большого размера, чтобы выбитые вторичные нейтроны не вылетали из него, не успев расщепить другое ядро. Минимальный размер блока называется критическим; обычно это несколько килограммов материала. При ударе одного нейтрона в любом объеме делящегося материала, превышающем критический, развивается цепная реакция и возникает огромное количество энергии. Атомные реакторы — это устройства, в которых количество делящегося материала точно равно критическому (рис. 47).
Рис. 47. Схема брукхэвенского ядерного реактора.
Рис. 48. «Гриб», образующийся при взрыве атомной бомбы.
Две половинки ядра, полученные при делении, сами являются меньшими ядрами с аномальным отношением числа протонов к числу нейтронов. В большинстве случаев они содержат избыток нейтронов и поэтому радиоактивны. Вот почему ядерный реактор производит так много радиоактивных веществ.
«Квантовая лестница»
Рассмотрим теперь с более общей точки зрения то, что мы узнали о строении вещества. Поучительно взять специальный пример, в качестве которого мы выберем газ, состоящий из атомов. Большинство газов состоит из молекул, но некоторые элементы, например неон, натрий и литий, лишь с трудом образуют молекулы в газовой фазе. Эти атомарные газы известны нам по их применению в источниках света. Так называемые неоновые трубки, которые украшают наши улицы, наполнены атомами в газовой фазе: неоном, парами натрия или лития; каждая из них светится своим цветом, когда в трубке происходит электрический разряд. Все эти газы состоят из свободных атомов.
Допустим, что в трубке находятся пары натрия. При выключении тока температура газа совпадает с температурой окружающей среды. При этой температуре энергия теплового движения атомов составляет около 1/30 эв, что значительно меньше порога устойчивости атомов натрия. Поэтому, когда атомы сталкиваются друг с другом или со стенками, они отскакивают, как твердые бильярдные шары, не меняя своего квантового состояния. При этих температурах атомы ведут себя, как элементарные частицы: они не проявляют никакой внутренней структуры. Их электронные конфигурации остаются неизменными; все атомы совершенно одинаковы.
Повысим теперь температуру газа, возбудив в трубке электрический разряд. Когда энергия, переданная атомам разрядом, начинает превосходить предел устойчивости, возбуждаются другие квантовые состояния, кроме основного. Возвращаясь в наиболее низкое квантовое состояние, атомы испускают характеристическое излучение; так, атомы натрия дают желтый свет, атомы лития — красный. На этом различии характерных цветов основано разнообразие городских огней. Возбуждением атомов в высшие квантовые состояния начинается нарушение тождественности атомов. Уже не все атомы оказываются одинаковыми, одни из них находятся в основном состоянии, другие — в различных возбужденных состояниях.
Теперь повысим температуру так, чтобы энергия столкновения атомов начала значительно превышать предел их устойчивости и чтобы электроны совсем оторвались от атомов. Тогда все квантовые состояния разрушатся и электроны будут двигаться, как частицы, без характерных волновых картин. Газ переходит в состояние плазмы, где электроны и ядра движутся весьма стремительно и беспорядочно. Нельзя найти даже две одинаково движущиеся частицы; свет, испускаемый плазмой, не имеет характеристических частот — это обычное тепловое излучение. Однако атомные ядра и электроны все еще сохраняют свою индивидуальность и тождественность. Они представляют собой элементарные частицы плазмы.
Перейдем к еще более высоким температурам, значительно превышающим температуры, достигаемые в лаборатории, таким, при которых начинают разрушаться стеклянные или металлические стенки обычных сосудов. Пусть температура столь высока, что энергии частиц превосходят предел устойчивости ядер. Такие температуры существуют только в центрах звезд. При этом ядра теряют свою тождественность, некоторые из них перейдут в более высокие квантовые состояния и начнут испускать своё характеристическое излучение — гамма-лучи большой энергии. Если температура станет еще выше, то энергия частиц станет столь большой, что ядра начнут разваливаться на составные части. При этом полностью утрачивается индивидуальность ядер и вещество превращается в газ, состоящий из хаотически движущихся протонов и нейтронов, смешанных с электронами, оторванными от атомов при значительно меньших температурах. В таких условиях вещество станет смесью элементарных частиц трех сортов
![Краткая история Венгрии. С древнейших времен до наших дней](/storage/book-covers/93/93029e49926c2cad671b3c0124027f77e4ef8e92.jpg)
В книге рассказывается о важнейших событиях древней и современной истории Венгрии: социально-экономических, политических, культурных. Монография рассчитана на широкий круг читателей.
![Битва за Днепр](/storage/book-covers/cd/cd7e4f9c7d8bf57d188567d1c4cde55fa0806655.jpg)
Красной Армии пришлось форсировать Днепр на огромном фронте, протяжением в 700 километров, и именно там, где он наиболее широк и многоводен, т. е. на среднем и нижнем его течении. Огромную трудность представляло то, что возвышенный западный берег, находившийся в руках противника и заранее подготовленный им к обороне, господствует над восточным берегом. Перед Красной Армией на противоположном берегу могучей реки стоял сильный, оснащённый всеми средствами современной военной техники противник, оборонявшийся с предельным упорством и ожесточением.
![Победители Арктики: Героический поход «Челюскина»](/storage/book-covers/b1/b14743af25bd4651928965b40b47503085ac501b.jpg)
В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.
![Севастопольское восстание](/storage/book-covers/60/609db567759984211544453f0c15c92f3debbce2.jpg)
Севастопольское восстание — вооружённое выступление матросов Черноморского флота и солдат Севастопольского гарнизона, рабочих порта и Морского завода, произошедшее во время первой русской революции с 11 (24) ноября по 15 (28) ноября 1905 года.
![Демонтаж коммунизма. Тридцать лет спустя](/storage/book-covers/7b/7bdd64f691826596dfc215bfd5b6eb08d31ebb94.jpg)
Эта книга посвящена 30-летию падения Советского Союза, завершившего каскад крушений коммунистических режимов Восточной Европы. С каждым десятилетием, отделяющим нас от этих событий, меняется и наш взгляд на их последствия – от рационального оптимизма и веры в реформы 1990‐х годов до пессимизма в связи с антилиберальными тенденциями 2010‐х. Авторы книги, ведущие исследователи, историки и социальные мыслители России, Европы и США, представляют читателю срез современных пониманий и интерпретаций как самого процесса распада коммунистического пространства, так и ключевых проблем посткоммунистического развития.