Термоядерное оружие - [5]

Для упомянутого изотопа плутония расчет будет таким:

Для краткости изотопы обозначаются так же, как элементы — латинскими буквами. Слева внизу ставится порядковый номер, а справа вверху — массовое число изотопа. Например, протий, дейтерий и тритий обозначаются: ₁H¹, ₁Н² и ₁Н³ (иногда дейтерий и тритий обозначаются D и Т). Изотопы лития обозначаются ₃Li⁶ и ₃Li⁷. Известны элементы, которые имеют только один природный изотоп. К числу таких элементов относится, например, фосфор, имеющий лишь один природный изотоп ₁₅P³¹. Некоторые элементы являются смесью большого числа изотопов, например, природное олово — смесь 10 изотопов.

Радиоактивность

В природе существуют химические элементы, которые испускают невидимые лучи, действующие даже сквозь непрозрачную бумагу на фотографическую пластинку. Если такую облученную фотографическую пластинку проявить, то она почернеет. Элементов, самопроизвольно испускающих лучи, известно довольно много: уран, радий, торий, радон и ряд других. Изотопы одного и того же элемента могут испускать неодинаковые лучи. Известны такие случаи, когда один из изотопов элемента испускает невидимые лучи, а другие не испускают. Например, у калия из трех его природных изотопов ₁₉К³⁹, ₁₉К⁴⁰ и ₁₉К⁴¹ только ₁₉К⁴⁰ испускает лучи.

Латинское слово «радиус» значит луч. Отсюда произошло название элемента радий, что значит лучистый. Все элементы, испускающие лучи, стали называть радиоактивными, а само явление лучеиспускания получило название радиоактивность. Радий — очень редкий и дорогой металл: он стоит дороже золота примерно в 10 тысяч раз. На всем земном шаре к нашему времени добыто человеком лишь несколько килограммов радия.

В магнитном поле радиоактивное излучение разделяется на части, отличающиеся друг от друга по своим свойствам (рис. 4). Различают альфа-лучи (α), бета-лучи (β) и гамма-лучи (γ). Неочищенный радий обычно содержит примесь других радиоактивных элементов. Такая смесь испускает все три вида лучей.

> Рис. 4. Действие магнитного поля на радиоактивное излучение

Альфа- и бета-лучи отклоняются в магнитном поле в разные стороны, а гамма-лучи не отклоняются.

Различные радиоактивные элементы испускают неодинаковые лучи. Радий 226 испускает только альфа-лучи. Один из изотопов водорода — тритий испускает только бета-лучи. Бета-излучение некоторых изотопов, например кобальта 60, сопровождается испусканием гамма-лучей. Схема действия на излучения этих изотопов магнитного и электрического полей показана на рис. 5. Бета-лучи представляют собой поток отрицательно заряженных электронов (бета-частиц), альфа-лучи — поток положительно заряженных альфа-частиц. Гамма-лучи — это лучи, не несущие электричества. Они обладают гораздо большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-лучи. В поражающем действии атомного оружия гамма-излучение, образующееся при атомном взрыве, играет наиболее существенную роль.

> Рис. 5. Отклонение радиоактивных излучений магнитным и электрическим полем

Заряд и массу альфа- и бета-частиц удалось измерить по их отклонению в магнитном и электрическом поле, а также другими методами. Масса электрона в 1837 раз меньше массы протона. Положительный заряд альфа-частицы в 2 раза больше заряда протона, а масса альфа-частицы превышает массу протона в 4 раза. Отсюда можно было сделать следующий вывод: альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, т. е. является ядром изотопа гелия ₂Не⁴. Этот вывод был подтвержден большим числом разнообразных опытов и в настоящее время не вызывает никаких сомнений.

Зная природу бета- и альфа-частиц, легко сделать заключение о том, какие изотопы образуются в результате радиоактивного распада различных элементов.

Если известно, что изотоп урана ₉₂U²³⁸ претерпевает радиоактивный распад, испуская альфа-частицы, то ясно, что в ядре образующегося при этом дочернего элемента число протонов уменьшается на 2. Точно так же на 2 уменьшится число нейтронов. Так как в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов, то в ядре дочернего элемента останется 90 протонов и 144 нейтрона. Следовательно, дочерний элемент характеризуется порядковым номером 90, т. е. является изотопом тория. Его массовое число равно 90+144=234. Образующийся при распаде ₉₂U²³⁸ изотоп должен обозначаться ₉₀Th²³⁴.

Когда еще не была разработана теория радиоактивного распада, этот элемент получил название UX₁ (уран икс-один), которое встречается до сих пор. UX₁ радиоактивен и распадается, выбрасывая из ядра бета-частицу.

Как уже было указано, бета-частица образуется при превращении нейтрона в протон. При таком превращении массовое число остается без изменения, но число протонов в ядре увеличивается на единицу. Поэтому порядковый номер элемента, образующегося при бета-распаде, возрастает на единицу по сравнению с порядковым номером материнского элемента. Это значит, что при бета-распаде ₉₀Th²³⁴ образуется изотоп 91-го элемента — протактиния, а именно ₉₁Pa²³⁴. Этот изотоп иногда называют UX₂. Изложенный метод может быть легко применен и к другим случаям радиоактивного распада.

Испуская альфа-лучи, радий ₈₈Ra²²⁶ самопроизвольно превращается в газ радон, который, испуская альфа-частицу, в свою очередь превращается в RaA — элемент с порядковым номером 84 и массовым числом 218.