Термоядерное оружие - [8]
Источником атомной энергии могут служить также некоторые легкие элементы, например изотопы водорода и лития.
Чтобы получить энергию в результате соединения ядер этих легких элементов, необходима очень высокая температура порядка нескольких миллионов градусов. Для выделения же энергии из урана или плутония такая температура не нужна.
Раньше человек не мог создать такой высокой температуры, следовательно, не мог искусственно осуществить получение атомной энергии из водорода и других легких элементов. Ученые сумели овладеть атомной энергией урана и плутония. При взрывах атомных бомб получается температура, измеряемая миллионами градусов. Значит, атомной бомбой можно было воспользоваться для того, чтобы создать условия получения энергии из водорода и лития и таким образом создать водородное оружие. Процессы, при которых для получения атомной энергии требуется очень высокая температура, называются термоядерными. Оружие, в котором используются термоядерные процессы, называют термоядерным. Следовательно, термоядерное оружие — один из видов ядерного оружия.
Когда ядра тяжелых атомов, например изотопов урана >92U>235 и >92U>233 или плутония >94Pu>239, расщепляются, то освобождается очень большое количество энергии. Такое расщепление может происходить самопроизвольно, как это обнаружили в 1940 году советские ученые Г. Н. Флеров и К. А. Петржак.
При самопроизвольном расщеплении (распаде) ядро атома делится в большинстве случаев на две части, массы которых чаще всего относятся как 2 к 3. При делении ядер, кроме «осколков» большой массы, образуются также свободные нейтроны.
Однако самопроизвольное деление ядер урана и плутония происходит чрезвычайно редко. Время, в течение которого разделилась бы половина наличного количества ядер урана, измеряется миллионами миллиардов лет. Поэтому процесс самопроизвольного деления ядер урана или плутония практически нельзя использовать для получения атомной энергии.
Английский ученый Резерфорд нашел маленькие, но могучие снаряды, которыми можно обстреливать ядра атомов и разрушать их. Такие снаряды дает человеку сама природа — это альфа-частицы, вылетающие при распаде ядер некоторых радиоактивных элементов. Из атомов радия альфа-частица вылетает со скоростью около 20 000 км/сек. Она летит во столько раз быстрее современного самолета, во сколько раз самолет летит быстрее, чем ползет черепаха. Движущаяся с такой колоссальной скоростью маленькая, но сравнительно тяжелая альфа-частица обладает большой энергией. При попадании в ядро атома альфа-частица способна разрушить это ядро. В 1919 году Резерфорд осуществил первое превращение атомных ядер путем обстрела их альфа-частицами. Из азота таким образом ему удалось получить кислород. Затем научились обстреливать ядра протонами, дейтронами (ядра дейтерия) и другими быстролетящими частицами. Сейчас известно уже много способов разрушения и превращения атомных ядер.
Процессы, при которых изменяются ядра атомов, называются ядерными реакциями. Рассмотрим для примера несколько ядерных реакций, происходящих при бомбардировке алюминия различными частицами.
1. При обстреле алюминиевой мишени быстролетящими ядрами гелия последние проникают в ядро алюминия, из которого при этом выбивается нейтрон, причем получается новое ядро, а именно ядро одного из изотопов фосфора. Эта ядерная реакция записывается следующим образом:
2. Если же алюминиевую мишень подвергнуть бомбардировке не ядрами гелия, а быстролетящими ядрами тяжелого водорода, то происходит следующая ядерная реакция:
В результате из ядра выбрасывается протон и получается более тяжелый изотоп алюминия.
3. При бомбардировке >13Al>27 быстролетящими протонами из ядра выбивается нейтрон и образуется один из изотопов кремния по реакции
4. Если алюминиевую мишень подвергнуть бомбардировке нейтронами, то из ядра выбивается протон и получается магний по реакции
Число ядерных реакций, изученных до настоящего времени, достигает нескольких тысяч.
Так как ядро весьма мало и невидимо ни в какой микроскоп, то попасть в него с целью осуществить ядерную реакцию очень трудно.
Как попасть в эту невидимую цель? Приходится применять здесь тот же способ, который используют для уничтожения невидимого противника, например в темноте или в лесу. В этом случае пространство, в котором где-то находятся солдаты врага, «прочесывают». Автоматные очереди следуют одна за другой. Множество пуль пролетит мимо, пока какая-то из них убьет врага. Чтобы попасть в невидимую цель в этих условиях, нередко приходится выпускать сотни и тысячи пуль.
Подобное явление имеет место и при обстреле атомных ядер. Только в данном случае приходится еще больше расходовать снарядов главным образом из-за того, что ядра в атомах занимают ничтожную долю объема. Когда на атомы в определенных условиях, например на атомы металла, составляющие слой толщиной в один микрон, направляют поток альфа-частиц, то из десятков и сотен тысяч альфа-частиц только одна попадает в ядро. В общей сложности на проведение ядерной реакции затрачивается энергии значительно больше, чем выделяется в результате реакции. Поэтому для использования ядерной энергии было необходимо найти такой процесс, при котором достаточно было бы разрушить только несколько первых ядер атомов, что вызывало бы разрушение остальных подобно тому, как в печке поджигают только одну щепку, а остальные щепки и поленья уже сами от нее загораются и при сгорании выделяют энергию.
