Термоядерное оружие - [4]

. Ранее существовавшее мнение о том, что электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам, оказалось ошибочным. Из квантовой механики следует, что электроны при своем движении вокруг ядра, будучи расположены как бы слоями, движутся в пределах атома не по строго определенным направлениям. Наиболее вероятным является нахождение электрона в центральной части атома. Эта вероятность убывает по мере удаления от центра атома. Таким образом, каждый электрон может находиться в любом месте атома, но чаще всего он бывает вблизи атомного ядра. Поэтому говорят, что электроны образуют в атоме подобие облака, плотность которого убывает по направлению от центра к периферии, как показано на рис. 2, а. По современным представлениям атом является не плоской, а объемной системой, в то время как Солнце и планеты расположены почти в одной плоскости, как схематически показано на рис. 2, б.

> Рис. 2. Схема распределения в атоме электронного облака ( а ) и схематическое сравнение его шарообразной формы с почти плоской солнечной системой ( б ):

> 1 — ядро атома; 2 — электронное облако

Простейшее ядро — ядро водорода — названо протоном. Электрический заряд его положительный; он равен единице. Протон, а также электрон и позитрон называются элементарными частицами. Кроме того, элементарными частицами являются: нейтрон — частица приблизительно такой же массы, как и протон, но не имеющая электрического заряда, нейтрино — нейтральная частица с весьма малой массой[4] и некоторые другие. Элементарными их называют условно. В действительности эти частицы имеют, по-видимому, сложное строение. В. И. Ленин сказал по этому поводу: «Электрон так же неисчерпаем, как и атом…»

Развитие науки и техники в XX веке вооружило человека такими средствами, которые позволили разрушить и преобразовать в другие виды материи ряд элементарных частиц. Электроны и позитроны при взаимодействии могут превращаться в гамма-кванты. Протон имеет сложное строение. Установлено, что нейтрон радиоактивен и способен распадаться с образованием протона, электрона и нейтрино. В 1955 и 1956 гг. удалось в лаборатории получить новые, предсказанные учеными элементарные частицы — антипротон, масса которого равна массе протона, но его заряд — отрицательный, и антинейтрон — частицу, подобную нейтрону, но отличающуюся от него некоторыми ядерными свойствами. Предела делимости материи не существует. Следовательно, и электрон и другие элементарные частицы не являются неделимыми по своей природе.

Ядра всех атомов построены из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре, определяющее его положительный заряд, равно порядковому номеру элемента (в периодической системе). Сумма чисел протонов и нейтронов определяет вес ядра и называется массовым числом.

Зная массовое число и порядковый номер, легко определить число протонов и нейтронов в ядре атома. Если, например, известно, что порядковый номер фосфора равен 15, а его массовое число — 31, то в ядре фосфора содержится 15 протонов и 31-15=16 нейтронов. Если массовое число урана равно 238, а его порядковый номер — 92, то это значит, что в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов.

Каждый химический элемент характеризуется определенным порядковым номером. Это объясняется тем, чго число протонов в ядрах атомов каждого элемента строго определенно. Что же касается числа нейтронов, то оно может изменяться в некоторых пределах.

Поэтому могут существовать разновидности атомов одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга массовым числом. Такие разновидности помещаются в одной и той же клетке таблицы Д. И. Менделеева и называются изотопами этого элемента. Слово «изотоп» происходит от двух греческих слов: «изос» — одинаковый и «топос» — место.

Многие природные элементы являются смесью нескольких изотопов. Простейший элемент водород оказался смесью приблизительно 99,98% легкого изотопа водорода (протия) и 0,02% тяжелого изотопа водорода (дейтерия). Известен также третий радиоактивный изотоп водорода — тритий. Ядро протия — не что иное, как протон. Ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона, т. е. его массовое число равно двум. Ядро трития состоит из одного протона и двух нейтронов (рис. 3).

> Рис. 3. >Схема строения атомов изотопов водорода:

> Н — протий; D — дейтерий; Т — тритий

В ядрах атомов гелия, порядковый номер которого равен 2, содержится, разумеется, 2 протона, но число нейтронов может быть равно 1 или 2. В природе действительно существуют два изотопа гелия с массовыми числами 3 и 4. Количество легкого изотопа гелия на Земле очень мало по сравнению с количеством тяжелого. Элемент литий характеризуется порядковым номером 3. В природе существуют два изотопа лития с массовыми числами 6 и 7; их называют литий 6 и литий 7.

В ядре атома тория (элемента № 90) имеется 90 протонов и 142 нейтрона, атомный вес его равен 232. Ядро атома одного из изотопов плутония (элемента № 94) содержит 94 протона и 145 нейтронов. Число нейтронов можно определить вычитанием числа протонов из общего числа частиц (нуклонов), равного массовому числу.

Для упомянутого изотопа плутония расчет будет таким: