Термоядерное оружие - [7]
Как уже было сказано, природный уран является в основном смесью двух изотопов с массовыми числами 238 и 235. Урана 238 в природном уране много — 99,28%, а урана 235 мало — только 0,72%. Вначале научились извлекать атомную энергию из чистого изотопа — урана 235. Отделить же уран 235 от урана 238 очень трудно. Химическое разделение невозможно, так как химические свойства их одинаковы. Для получения очень чистого урана 235 пришлось сооружать гигантские заводы, затрачивать огромные средства. Вот почему первое время использование атомной энергии обходилось очень дорого. На проведение исследовательских и производственных работ по созданию первых атомных бомб США израсходовали 2 млрд. долларов. На эти средства можно было бы построить, например, десятки тысяч самолетов.
Позднее нашли способ превращать дешевый уран 238 в новый искусственный химический элемент, названный плутонием. Из плутония тоже научились извлекать атомную энергию, причем производство плутония обходилось дешевле, чем разделение изотопов урана. Это было одной из причин, которые привели к удешевлению атомной энергии.
Каким же образом человек освобождает из атомов заключенную в них колоссальную энергию?
Ученые установили, что почти вся энергия атомов сосредоточена в их ядрах. Так как эта энергия заключается в ядре атома, то правильнее ее следует называть не атомной, а ядерной энергией, а оружие, основанное на использовании этой энергии, — ядерным оружием, но так как термины атомная энергия, атомная бомба общеизвестны и привычны, то часто употребляют эти распространенные названия.
Когда стало известно, что в ядре атома заключается колоссальная энергия, ядро привлекло к себе внимание ученых. В изучении атомного ядра значительны заслуги советских ученых И. В. Курчатова, И. Е. Тамма, А. И. Алиханова, Я. И. Френкеля, Д. Д. Иваненко и других.
Ученые установили, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Ядро атома примерно в 100 тысяч раз меньше самого атома, оно имеет необычайно большую плотность. Если бы можно было спичечную коробку наполнить ядрами атомов, плотно их упаковав, то такая спичечная коробка, заполненная ядерным веществом, весила бы больше, чем весит большой город со всеми домами, заводами и многомиллионным населением (рис. 6).
Все виды энергии, которые были раньше известны человеку, обусловлены двумя видами сил: либо электрическими силами, либо силами тяготения (гравитационными силами). Как выяснилось, ядерная энергия не обусловлена ни теми, ни другими силами, она обусловлена новыми, ранее незнакомыми человеку силами. Силы, действующие в ядре атома, назвали ядерными. Если бы ядерных сил не существовало, ядро разлетелось бы на составные части вследствие действия мощных электрических сил отталкивания между протонами, которые находятся в ядре очень близко друг к другу. Ядерные силы на малых расстояниях внутри ядра во много раз превосходят силы отталкивания, действующие между протонами, вследствие чего ядро очень трудно разрушить.
Какова природа ядерных сил?
Этот вопрос изучается учеными ряда стран уже более 20 лет. Оказалось, что поле ядерных сил существует между нейтронами, между протонами, а также между нейтронами и протонами. Носителями этих сил являются материальные частицы, называемые пи-мезонами. Масса пи-мезона в 274 раза превышает массу электрона. Ученые СССР и некоторых других стран умеют получать пи-мезоны в лабораториях. Многие свойства этих частиц изучены. Существуют пи-мезоны, заряженные положительным электричеством, отрицательным, а также нейтральные. Ядерные силы возникают в результате того, что ядерные частицы — протоны и нейтроны — способны обмениваться пи-мезонами. При этом обмене нейтроны и протоны могут превращаться друг в друга.
Известны и другие виды мезонов, различающиеся по массе, электрическому заряду и ряду других свойств. Например, известны мю-мезоны, которые тяжелее электронов в 207 раз. Открыты так называемые К-мезоны — частицы, масса которых примерно в 965 раз больше массы электрона. Эти частицы весьма недолговечны, они живут лишь миллиардные доли секунды. Установлено, что К-мезон может распадаться на два или три пи-мезона.
Ученые СССР и других стран продолжают усиленно изучать природу ядерных сил, и можно не сомневаться, что будут открыты новые, ныне неизвестные свойства ядерных сил, что позволит лучше познать их природу и научиться еще полнее использовать ядерную энергию для нужд человечества.
Атомная энергия является одним из видов потенциальной (скрытой) энергии. Она может преобразовываться в другие виды энергии постепенно, как это происходит, например, при распаде урана, радия и других радиоактивных элементов и при работе ядерного реактора. Кроме того, атомная энергия может выделяться в больших количествах почти мгновенно, со взрывом, как это происходит при взрыве атомной или водородной бомбы.
Источником атомной энергии могут служить изотопы урана: >92U>235 и >92U>233, и плутония >94Pu>239, которые принято называть ядерным горючим.
Уран 235 входит в состав природного урана, а другие виды ядерного горючего готовятся искусственно:
