Лев Давидович Ландау - Атом урана — новый источник энергии

Профессор Л.Д. Ландау Атом урана — новый источник энергии

В мире науки и техники

Еще в начале XIX века было установлено, что всякое вещество состоит из мельчайших частиц — атомов. Но даже крупнейшие физики того времени плохо представляли, что же такое, собственно, атом? Сравнительно недавно, в 1912 году, английский физик Резерфорд впервые раскрыл строение атома.

Атом представляет собой сложную систему, состоящую из относительно тяжёлого атомного ядра и движущихся вокруг него более лёгких частиц — электронов. Известна величина атома — она примерно равна одной стомиллионной доле сантиметра. Легче всего атом водорода. Чтобы написать число, равное количеству атомов в одном грамме водорода, нужно помножить 6 на 10 в двадцать третьей степени, то есть к цифре 6 приписать 23 нуля. Тяжелее всех атом урана — примерно в 230 раз тяжелее атома водорода.

Электроны — это элементарные частицы, которые дальше разделить нельзя. Ядра имеют сложную структуру. Размеры их приблизительно в 10 тысяч раз меньше величины самого атома. Ядра и электроны можно наблюдать в приборе, который называется камерой Вильсона.

Во всех обычных процессах ядра только перемещаются, никаких внутренних изменений с ними не происходит. Если, однако, два быстро движущихся ядра сталкиваются, то может произойти ядерная реакция — получаются новые ядра, то есть происходит превращение элементов. Например при столкновении ядра атома водорода с ядром атома лития получается два ядра атома гелия.

При ядерных реакциях выделяются энергии, в миллионы раз превышающие энергии, выделяющиеся при обычных химических реакциях, в которых ядра атомов остаются неизменными. Столкновения ядер, однако, осуществить очень трудно. Все ядра электрически заряжены, причём одинаковым по знаку — положительным зарядом. Поэтому они отталкиваются друг от друга, и, чтобы одно ядро проникло в другое, необходимо для преодоления отталкивания придать им очень большую скорость. При движении в материи ядра благодаря своему взаимодействию с электронами быстро замедляются. В результате, в лучшем случае одно из миллиона ускоренных ядер может попасть в другое ядро, остальные, бесплодно растратив свою энергию, останавливаются.

^{Этот фотоснимок сделан специальным аппаратом, называемым «камера Вильсона». На снимке запечатлены следы быстро движущихся ядер. Два ядра разлетаются в разные стороны.}

При таких условиях использование громадных запасов внутриядерной энергии считалось невозможным. Положение не изменилось и тогда, когда в 1932 году была открыта новая частица — нейтрон, — входящая в состав атомных ядер и отличающаяся от других тем, что она лишена электрического заряда. Нейтроны получаются в результате некоторых ядерных реакций. Будучи электрически нейтральными, они не отталкиваются от ядер, а свободно проникают в них, вызывая ядерные реакции. Однако в результате этих реакций возникают заряженные частицы, почти неспособные к проникновению в ядра, и реакция останавливается.

Поэтому до самого последнего времени использование ядерной энергии считалось невозможным и ядерная физика рассматривалась как чисто научная область физики.

В 1939 году неожиданно была открыта ядерная реакция совершенно нового типа. В то время как в результате попадания нейтронов в ядра из них обычно вылетают маленькие заряженные осколки, оказалось, что ядро атома урана, поглощая нейтрон, делится на две примерно равных половины. При этом выделяется огромная энергия и снова вылетают нейтроны. Эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и т. д. Таким образом, процесс деления урана может, как и горение, раз начавшись, идти сам по себе.

Легко понять, какие грандиозные перспективы открывает процесс деления урана. Один грамм урана выделяет при своем делении в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем выделяется при горении одного грамма угля. Это значит, что электростанция масштаба Днепровской ГЭС, работая на уране, потребляла бы около килограмма урана в сутки.

Мир уже знает о грандиозных разрушениях, которые происходят при взрыве урановой бомбы (так называемой атомной). При взрыве урана выделяется примерно в 20 миллионов раз больше энергии, чем при взрыве того же --">