Рассказ о строении вещества - [43]

Рис. 25. Цепная реакция распада атомных ядер урана-235.

А это последнее обстоятельство и явилось основой получения и использования внутриядерной, или, как ее часто называют, атомной энергии!

В самом деле, ведь вылетающие из разбитого первым нейтроном ядра несколько новых нейтронов в свою очередь способны вызывать деление новых ядер и создавать тем самым еще большее число «ядерных пуль» и т. д. Таким образом, стоит только расколоть одно-единственное ядро урана 235, как уже дальше реакция расщепления урановых ядер с массой 235 будет всё нарастать и нарастать, не прекращаясь до тех пор, пока разложится вся масса урана 235 (происходит так называемая цепная реакция распада урановых ядер). А вместе с этим будет выделяться всё большая и большая энергия.

Так изучение строения тел природы, поиски ответа на вопрос, из чего построен мир, привели учёных к открытию и использованию грандиозной энергии, заключённой в атомных ядрах.

Чтобы представить, насколько велика эта энергия, достаточно привести хотя бы такой пример: в теле весом один килограмм содержится ядерная энергия, равная энергии, которую можно получить при сжигании трёх миллионов тонн угля!

Советские учёные и инженеры успешно решают важнейшую задачу — направить внутриядерную энергию на службу нашему народу.

«Советская наука направлена на службу делу мира и процветания нашей Родины. Если атомная энергия в руках империалистов является источником производства смертоносных орудий, средством запугивания, орудием шантажа и насилия, то в руках советских людей она может и должна служить могучим средством невиданного ещё до сих пор технического прогресса, дальнейшего быстрого роста производительных сил нашей страны» (Г. Маленков).

2. Превращения элементарных частиц

Вспомните, что при бета-распаде из ядер атомов вылетают быстрые электроны. Однако, с другой стороны, как уже говорилось, ряд серьёзных соображений — опыты и расчёты — говорит о том, что электроны не входят в состав ядра.

Откуда же берутся вылетающие из ядра электроны?

Современная наука разгадала — секрет возникновения в ядре электронов. Оказывается, электрон «рождается» в ядре в тот самый момент, когда превращается в протон один из ядерных нейтронов. При этом выделяется также особая элементарная частица — нейтрино (о ней будет ещё сказано дальше). Никаких электронов до этого превращения в ядре не существовало. Так, ядро искусственного неустойчивого изотопа натрия содержит в себе 13 нейтронов и 11 протонов. Такое ядро распадается с выделением электронов, и при этом образуется уже устойчивое ядро с 12 протонами и 12 нейтронами — это устойчивый изотоп магния, встречающийся в природе.

Если же неустойчивый изотоп имеет недостаток нейтронов, то в этом случае при превращении ядра изотопа протон превращается в нейтрон; при этом из ядра иногда выбрасывается новая частица, о которой мы ещё не говорили, — позитрон. Величина заряда, вес и размеры этой элементарной частицы таковы же, как и у электрона, но заряд позитрона — не отрицательный, а положительный. Подобное превращение может происходить также при захвате ядром одного из окружающих его электронов.

Впервые позитрон был открыт при изучении космических лучей.

Взаимное превращение нейтронов и протонов друг в друга с выделением элементарных положительных и отрицательных зарядов не говорит, однако, ничего о сложности этих частичек. Нельзя сказать, что электрон входит в состав нейтрона, а позитрон в состав протона. Они образуются, «рождаются» в момент превращения одной частички в другую.

Ясно, что такое превращение частичек происходит за счёт уменьшения энергии возбуждённого ядра.

Подобно этому элементарные частички лучистой энергии — фотоны — возникают в атоме при изменении его энергетического состояния, хотя сказать, что фотоны были запрятаны где-то в атоме раньше, нельзя.

Открытие «рождения» элементарных частиц — электрона и позитрона — в процессах распада атомных ядер заставило физиков изменить взгляд на природу всех элементарных частиц вообще.

В самом деле, до открытия новых частиц — позитронов — казалось несомненным, что все три основные элементарные частицы — электроны, протоны и нейтроны — вечны и неизменны. Движение этих частиц в пространстве обусловливает все явления нашего мира.

Но вот открывается позитрон, и оказывается, что он возникает при превращении протона в нейтрон. Более того, изучение позитрона приводит учёных к ещё более неожиданному результату. Оказывается, что «родившийся» при образовании ядра позитрон очень быстро гибнет.

Для этого ему достаточно столкнуться с электроном. Обе частички — электрон и позитрон — при таком столкновении взаимно уничтожают друг друга, «исчезают». Энергия и масса частиц переходят в совершенно другую форму — в форму световой энергии. Говоря проще, при столкновении позитрона и электрона возникает световой квант — фотон, который и уносит с собой всю энергию и всю массу столкнувшихся частиц!

Таким образом, позитрон и электрон, столкнувшись, превращаются в другие элементарные частички — фотоны.

Жизнь позитрона коротка — «родившись», он очень скоро, через миллионную долю секунды, «умирает», столкнувшись с электроном.