Факультет

Студентам

Посетителям

Энергия атома

Человеческая культура и техника обязаны своим развитием той работе, которую производил человек либо сам, своими мускулами, либо используя домашних животных, а позднее — различные машины.

Такая работа не могла создаваться из ничего, сама по себе, а всегда шла за счет энергии того или другого вида.

При мускульной работе человека или животных источником энергии служит его пища, в которой большую роль играет углерод. Он соединяется в организме с кислородом воздуха и выделяется дыханием в виде углекислого газа. При этом процессе, называемом окислением, выделяется тепло, согревающее тело, и за счет этого процесса производится мускульная работа.

В случае применения машин чаще всего используется почти тот же процесс, или, как говорят химики, «реакция». Здесь углерод дров, угля, торфа сгорает, соединяясь с кислородом воздуха и также образуя углекислоту. В результате горения выделяется тепло, нагревающее паровой котел, где образуется пар. Поступая в машину, пар производит работу все же, в конце концов, за счет энергии, запасенной в угле. Для той же цели применяется горение других элементов, например водорода, входящего вместе с углеродом в состав нефти и получаемых из нее керосина и бензина.

Помимо энергии, выделяющейся при горении, человек уже давно сумел использовать энергию ветра и воды, производя за ее счет работу мельниц, превращая ее в электричество, при посредстве которого очень удобно получать тепло и производить работу. Электрическая энергия приводит в движение трамвай, машины заводов и излучается в виде света электрических лампочек.

Энергия тепла, запасенная в угле и нефти, энергия движения и напора воды, электрическая и световая энергия могут превращаться одна в другую.

Опыт показал, что горение угля дает, казалось бы, очень значительную энергию. В результате сжигания одного грамма угля получается около 7 калорий, которые могут нагреть один литр воды на 7 градусов.

Если задаться вопросом, откуда мы, живя на Земле, получаем энергию всех перечисленных видов, то приходится ответить, что ее первоисточником неизменно является Солнце: оно дает тепло, согревающее землю, свет и тепло, необходимые для растений. В созревающих растениях образуются содержащие углерод продукты питания, необходимые людям и животным. Своим теплом Солнце гонит ветер и поднимает воду рек, энергией которых мы пользуемся на гидроэлектростанциях.

Для человека не пропадает и та энергия, которую давало Солнце много тысячелетий назад. Она запасена в угле, нефти и торфе.

Чтобы составить представление о количестве энергии, даваемой Солнцем нашей Земле ежегодно, достаточно сказать, что оно соответствует теплу, получаемому при сгорании громадного количества угля. Этот уголь, будучи погружен в железнодорожные вагоны, поставленные вплотную один за другим, займет место во много раз большее, чем расстояние от Луны до Земли. На каждый квадратный километр поверхности Земли Солнце в среднем посылает 132 тысячи киловатт, а на всю Землю дает столько тепла, сколько дала бы огромная электростанция, мощностью в 66 миллиардов киловатт.

Откуда же само Солнце получает энергию, если ничтожная, менее чем миллиардная доля ее, посылаемая на Землю, составляет такую большую величину? Над этим вопросом задумывались ученые в течение многих лети не находили ответа. Подсчеты показывали, что никакие источники энергии, которые открыл и изучил человек за всю свою историю, не могут выделять такого громадного количества энергии, какую расходует Солнце.

Его размеры превышают по объему Землю более чем в миллион раз. Но даже если бы оно целиком состояло из угля, то горение его дало бы излучаемую энергию, равную энергии Солнца, всего лишь в течение 2500 лет, тогда как в действительности Солнце светит в миллионы раз дольше.

Ответ на загадку Солнца пришел сам собой после ряда замечательных открытий последних 50 лет. Первым было открытие, сделанное французским ученым Беккерелем в 1896 году, который заметил, что урановая руда, добытая в рудниках Иоахимсталя, дает энергию в виде каких-то неведомых до того времени лучей, действующих на фотографическую пластинку. Продолжив эту работу, Пьер и Мария Кюри открыли в той же руде новый элемент, радий, от которого главным образом и зависело явление, замеченное Беккерелем.

Они показали, кроме того, что в радии должен существовать мощный источник энергии, до того времени еще неизвестный. Радий был добыт в ничтожном количестве, но П. Кюри уже тогда, за 50 лет до сегодняшнего дня, верил, что из некоторых элементов можно получать огромные количества энергии.

Скоро ученым стало ясно, что источником энергии радия является атом, или, точнее, его ядро. За существование в атоме ядра говорили все опыты, предпринятые в связи с изучением новых явлений. Атом приобрел особый интерес, который непрерывно рос в течение 50 лет и сейчас занимает не только ученых, но и миллионы людей, стоящих далеко от науки.

Еще древние греки считали, что все существующее в природе, все предметы и материалы составлены из мельчайших неделимых частиц, откуда и произошло самое название «атом», что по-гречески значит «неделимый». Атомы столь малы, что их нельзя увидеть в самый сильный микроскоп, даже и сейчас, когда новые электронные микроскопы увеличивают почти в сто тысяч раз.

В природе существует несколько десятков различных по свойствам видов атомов. Все, что мы видим и наблюдаем вокруг нас — металл, камень, дерево, воздух, — состоит очень редко из одного, а почти всегда из нескольких простых тел, которые называются иначе химическими элементами.

Каждый химический элемент состоит из одинаковых атомов. Соединяясь между собой, атомы разных элементов образуют молекулы химических соединений, из которых состоят все предметы окружающего нас мира.

Наш знаменитый ученый Д. И. Менделеев еще в 1869 году привел в порядок определение химических элементов, а значит, и их атомов, разместив их характеристики в 92 клетках своей периодической таблицы, руководствуясь теми свойствами химических элементов, которые были известны химикам.

Если атомы неделимы, то, очевидно, один элемент не может превращаться в другой и не может ни появиться, ни исчезнуть. Также не может измениться и масса веществ, от которой зависит вес предметов.

До открытия Беккереля и Кюри все говорило за это, хотя уже Менделеев считал, что новые открытия науки могут заставить переменить взгляд на атом как на неделимую частицу.

Работы Беккереля и Кюри и были тем новым в науке, что заставило иначе смотреть на химические элементы и атом.

Оказалось, что вместе с выделением энергии в виде излучений урана, радия и других элементов, близких к урану и получивших название радиоактивных, идет постепенная перестройка этих элементов, с превращением их в другие элементы.

Уран оказался как бы предком радия, атомы которого, разрушаясь, в свою очередь превращаются через много столетий в атомы свинца.

Наблюдения над радиоактивными элементами показали, как идет эта перестройка атомов. У одних из них, например, у радия, из каждого атома выбрасываются частицы, которые обозначали греческой буквой «альфа». Это довольно тяжелые частицы, примерно в четыре раза большего веса по сравнению с атомом водорода. В других случаях, наоборот, вес выбрасываемых радиоактивным элементом частиц очень мал, составляя всего лишь 1/2000 от веса атома водорода. Эти частицы, обозначаемые буквой «бэта», оказались знакомыми всем нам, интересующимся радиотехникой, электронами, которые выбрасываются из накаленной нити лампы радиоприемника и несут ток через сетку к аноду лампы. Такое направление движения происходит ввиду того, что электроны имеют отрицательный заряд.

В отличие от частиц «бэта», частицы «альфа» имеют по величине вдвое больший электрический заряд, чем у электронов, но другого знака. Заряд этих частиц положителен.

Перестройка атомов радиоактивных элементов, а значит, выбрасывание частиц и с ними выделение энергии, как оказалось, идет самопроизвольно, не завися ни от температуры, ни от того, будет ли атом соединен с другими или нет. Человек в течение многих лет не мог ни ускорить, ни замедлить превращения радиоактивных элементов, что бы он с ними ни делал.

Время, нужное для перестройки половины всех атомов радиоактивного элемента, всегда одно и то же, причем оно различно для каждого, элемента. Иногда это время очень велико. Так, для урана нужно 4,5 миллиарда лет, для того чтобы половина всех его атомов превратилась в атомы других элементов.

Для других радиоактивных элементов оно, наоборот, ничтожно мало, и в течение всего одной миллионной секунды половина атомов оказывается перестроенной.

После того как была выяснена сущность процессов перестройки атомов радиоактивных элементов, оказалось, что атом не просто ничтожная частица какого-то неведомого устройства, а целый сложный маленький мир. Ученые взялись за разгадку вопроса, как и из чего атом построен.

Уже с самого начала можно было полагать, что атом имеет внешние и внутренние части. Если атомы соединяются один с другим, образуя молекулы различных сложных веществ, то есть совершается процесс, который изучают химики, значит дело идет лишь о внешних частях атома. В случае же радиоактивного распада, при превращении элементов один в другой, тот же атом затрагивается гораздо глубже, перестраиваются его труднодоступные внутренние части.

В начале нашего века английским ученым Резерфордом в результате многочисленных наблюдений была сделана попытка, дополненная потом его учеником Н. Бором, представить себе атом в виде внутреннего ядра и вращающихся вокруг ядра частиц. Это ядро подобно Солнцу, вокруг которого вращаются планеты, хотя атом несоизмеримо мал не только по сравнению с солнечной системой, но и с самыми малыми, механически неделимыми частицами вещества — молекулами.

Итоги изучения устройства атомов различных элементов показали, что Резерфорд пошел правильным путем. Его так называемая «модель атома» позволила объяснить, что происходит при работе над атомами химиков, получающих их соединения и разлагающих сложные вещества на отдельные элементы. Особенно важно то, что удалось объяснить превращения, которые существуют у радиоактивных элементов.

Модель атома всех элементов была построена Резерфордом одинаково, как бы по одной схеме и из одних и тех же частей, но атомы сильно отличаются один от другого. Это отличие касается прежде всего самого ядра атомов. У наиболее легких элементов атом сравнительно прост. Так, атом водорода состоит из ядра, в котором имеется лишь одна частица, получившая название «протон». Эта частица имеет положительный заряд, равный заряду электрона.

Вокруг ядра вращается, как планета вокруг Солнца, один электрон, который удерживается ядром потому, что ядро и электрон имеют противоположные электрические заряды.

У других элементов ядро состоит из нескольких протонов и частиц без заряда такого же веса, как и протон.

Эти частицы получили название нейтронов.

Количество протонов всегда совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева. Так, водород стоит первым номером и имеет один протон; кислород имеет восьмой номер и имеет восемь протонов. Наконец, бывший до последних лет последним, 92-м номером уран имеет 92 протона.

Что касается нейтронов, то их количество в ядре очень легко может быть подсчитано, если вычесть из веса атома число протонов или номер элемента.

Так, для кислорода с атомным весом 16 получим: 16 — 8 = 8 нейтронов. Для урана: 238 — 92 = 146 нейтронов.

Казалось бы, ядро, как состоящее из протонов, имеющих один и тот же положительный заряд, должно само собой разрушиться, однако оно существует благодаря особым силам, которые удерживают частицы ядра. Эти силы еще мало изучены и называются ядерными.

В атоме, помимо его ядра, как уже было сказано, имеется внешняя часть в виде электронов, расположенных достаточно далеко от ядра, на различных от него расстояниях.

Число электронов обычно равно числу протонов — иначе говоря, оно также равно номеру элемента. У водорода будет, таким образом, 1 электрон, у кислорода — 8 и у урана — 92 электрона. Значительное число электронов еще более увеличивает сходство атома с планетной системой. Электроны не очень прочно связаны с ядром атома, поэтому не представляет больших трудностей увеличить или уменьшить число электронов атома, особенно тех, которые наиболее удалены от ядра.

В этом случае атом останется атомом того же элемента, но сделается заряженным и будет теперь притягиваться или отталкиваться от заряженных предметов. Под влиянием сил притяжения и отталкивания он приобрел способность двигаться. Благодаря этому свойству атом с числом электронов, не равным числу протонов, получил название иона. Это слово значит «путник». В газосветных трубчатых лампах на уличных рекламах, светящихся красным и голубым светом, значительная часть атомов газа, наполняющего трубки, имеет число электронов, не равное номеру элемента. Атомы ионизированы и двигаются от электрода к электроду, перенося ток в этих лампах.

Возможность получать заряженные атомы-ионы широко используется электротехниками в новейших осветительных лампах, а также в ртутных и газовых выпрямителях, потому что перенос тока зарядами ионов часто более удобен, чем электронами.

Интересно ознакомиться с размерами атома, его отдельных частей и расстояниями между ними. Хотя атом любого элемента, как было сказано ранее, ничтожно мал, однако его ядро еще более мало. У водорода оно в сто тысяч раз меньше самого атома. Более наглядно можно судить о размерах атома и его ядра, если представить себе, как это делает советский ученый И. Е. Тамм, атом равным московскому трамвайному кольцу «Б», с поперечником в 5—6 километров; тогда ядро равнялось бы всего лишь небольшому яблоку. Отсюда видно, что атом почти пуст. Его частицы занимают в нем лишь одну миллионную миллиардной доли пространства.

О величине самого атома можно судить по тому огромному количеству атомов, которое вмещает обыкновенный чайный стакан. Представим себе, что все молекулы налитой в стакан воды выкрашены в красный цвет. Предположим, что мы вылили воду в океан, размешав ее по всем рекам и морям. Если теперь зачерпнем воды где-либо из моря, то в одном стакане окажется 100 крашеных молекул. Отсюда можно составить представление о ничтожности размеров атома, который во много раз меньше молекулы.

Понимание устройства атома помогло объяснить процессы, происходящие в радиоактивных элементах, подтвердив еще раз, что при превращениях вещества происходят изменения в одном ядре атома. Однако это еще не давало объяснения, откуда получается то громадное количество энергии, которое выделяют радиоактивные вещества во время их существования. Людей, в продолжение сотен лет получавших энергию обычными способами, поражало то, что 1 грамм радия при распаде его только наполовину дает такое огромное количество энергии, которое в состоянии расплавить тонны стали. Решить эту загадку помогло открытие Эйнштейна.

В 1905 году ученый Эйнштейн высказал очень важное положение, указав на связь энергии с массой тел.

Масса тел, по теории Эйнштейна, зависит от энергии, тогда как ранее думали, что она строго постоянна. Всякая энергия проявляется в конечном счете как масса.

Отсюда следовало, что если добиться возможности уменьшения массы, то будет достигнута возможность освобождения энергии. При этом легко сказать, какое количество энергии появится взамен потерянной массы, так как каждый грамм массы соответствует 25 миллионам киловатт-часов, или 22 миллиардам калорий, или примерно такой энергии, которую в состоянии дать целый поезд угля.

Совершенно очевидно, что даже ничтожное изменение массы должно сопровождаться выделением огромного количества энергии.

Открытие Эйнштейна не только дало объяснение того, где лежит источник энергии радиоактивных элементов, но оно проложило путь человеку к новым источникам энергии.

Громадная энергия, связанная радиоактивными элементами, указывала на то, что здесь иногда при превращении одного элемента в другой масса уменьшается и ядро атома является, таким образом, новым источником энергии. Чтобы можно было пользоваться энергией из этого источника, нужно лишь научиться по своему желанию и достаточно быстро производить то расщепление ядра атома подходящих веществ, которое в природе происходит лишь у радиоактивных элементов, и то большей частью очень медленно.

Перспективы получения энергии новым путем, не говоря уже о целом ряде других важных вопросов, заставили ученых искать прежде всего пути к расщеплению ядра и превращению одного элемента в другой. Можно было думать, что это удастся сделать при помощи «альфа»-частиц, если эти частицы имеют достаточно большой вес и, главное, скорость. Упомянутая ранее «альфа»-частица при своем вылете имеет громадную скорость, доходящую до 30 миллионов метров в секунду. Это составляет 1/10 скорости света. Масса этой частицы также довольно значительна — она превосходит массу электрона в 7 тысяч раз.

Опыт по расщеплению ядра атома газа азота произвел ученый Резерфорд в Кембридже (Англия) в 1919 году. В результате был получен вместо атома азота атом кислорода. Энергии это не дало, так как масса полученных атомов оказалась большей по сравнению с первоначальной. Однако этот опыт для решения задачи получения энергии был очень важен, так как показал, что человек может превращать элементы один в другой. Удалось осуществить процесс, который в природе можно было видеть лишь в радиоактивных элементах. Можно было думать, что нужно лишь время, чтобы тот же процесс провести над ядрами атомов, при расщеплении которых масса будет уменьшаться. Самое же средство расщепления ядер атомов было найдено. Человек научился — правда, пока в ничтожнейших количествах — превращать один элемент в другой.

Мечта средневековых алхимиков, пытавшихся найти философский камень, от прикосновения к которому дешевые металлы превращались бы в золото, получила научный путь к осуществлению.

Открытие Резерфорда в то время не имело практического значения для техники и не могло быть использовано на заводах. Это была работа ученого-физика, давшая познание сокровеннейшей тайны природы. Но часто нужно лишь время, чтобы такая работа вошла в жизнь, превратилась в технику, используемую человеком для поднятия его благосостояния.

Понадобилось двенадцать лет упорной работы ученых по пути, указанному Резерфордом, чтобы добиться раздробления ядра такого элемента, у которого получалось бы уменьшение массы. В 1931 году ученикам Резерфорда Кокрофту и Уолтону в той же лаборатории удалось расщепить ударами частиц (теперь это были протоны водорода) ядра атома металла лития. После расщепления получились два атома гелия. Главное значение этого опыта было в том, что масса, полученная после расщепления, оказалась меньшей по сравнению с массой атома лития.

За счет уменьшения массы должна была выделиться энергия. Количество ее легко подсчитать, если умножить приведенные ранее 22 миллиарда калорий на число граммов уменьшения массы в результате расщепления лития. После подсчета получается на каждый грамм лития около 100 миллионов калорий. Правда, Кокрофт расщепил не грамм, а ничтожную долю его, едва поддающуюся измерению.

Если теперь вспомнить, что при сгорании 1 грамма угля получается всего лишь около 7,4 калории, то станет ясным, что источник энергии, заключенный в ядрах атомов, неизмеримо богаче всего, чем до сих пор пользовался человек.

Отношение здесь не в десять-двадцать раз, а в несколько миллионов. При горении угля используется лишь какая-нибудь 0,000000003 доля энергии, заключенной в массе угля, тогда как при ядерных процессах используется около одной тысячной.

Из всего сказанного следует, что уже с 1931 года, начиная с опыта Кокрофта, нужно было всячески стремиться отказаться от способа получения энергии путем горения, которым пользовался человек в течение многих тысячелетий, и перейти к использованию ядерной энергии.

Однако прошло еще 15 лет, а ядерная энергия не вошла в жизнь. Лишь в 1945 году был сделан первый практический шаг в этом направлении, подтвердивший верность предположения о том, что получение большого количества атомной энергии — лишь вопрос времени. В чем же заключается такое, казалось бы, медленное решение этой важной задачи? Ведь Кокрофтом была показана на опыте реальная возможность выделения ядерной энергии.

Дело в том, что результаты опытов Резерфорда и Кокрофта достаточны для ученого, стремящегося понять явление природы, осуществить тот процесс, который происходит в природе, и дать его точное описание, лучше всего при помощи математики. Для такого учетного необязательно проведение опыта в большом масштабе.

Но для человеческого общества важно уменье производить большое количество продукта или энергии, чтобы им могли пользоваться многие люди. Делать это нужно, как говорят инженеры, при высоком коэффициенте полезного действия, затрачивая возможно менее подсобных и исходных материалов, средств и труда. Иначе говоря, делать все это нужно достаточно экономично.

Такое решение задачи, в отличие от чисто научного, которое только и может широко войти в жизнь, вызывая иногда целый переворот в хозяйстве.

Резерфорд и Кокрофт превращали лишь немногие атомы из многих миллиардов, затрачивая гораздо более энергии, чем то количество, которое получалось в результате перестройки атомов. Можно сказать, что они буквально охотились за каждым атомом.

Путем, показанным Резерфордом, полагают, возможно будет делать из железа золото, а Кокрофт показал, что из каждого атома можно получать несоизмеримо большую энергию, чем при обычном выделении энергии в процессе горения. Однако если бы эти ученые захотели применить свой способ на практике, то материя и энергия обошлись бы им тогда в миллиарды раз дороже, чем они стоят на самом деле при добывании золота из россыпей и энергии горением угля.

В обоих процессах Резерфорд и Кокрофт подвергали воздействию ядра атомов в небольшом количестве. Трудности и неэкономичность возникали также и оттого, что ядра атомов, как было сказано ранее, занимают очень малую часть — миллионную миллиардной всего пространства атома, почему попадание в них при охоте в одиночку маловероятно, не говоря уже о ряде других затруднений.

Иметь практическую ценность — претворить открытия Резерфорда и Кокрофта в промышленную технику — мог лишь способ, при котором начатое в одном или нескольких немногих ядрах расщепление продолжалось, бы само собой, захватывая необходимое число ядер.

В качестве непрерывно нарастающих процессов можно указать на многие наблюдаемые в природе и технике явления. Таким явлением будет, например, снежная лавина. Здесь камень, брошенный на массу нависшего в горах снега, заставляет сперва падать некоторое количество снега, который увлекает, в свою очередь, новые массы, в результате чего увлекается весь снег. Энергия, заключенная в скопившемся наверху снеге, выделяется в течение немногих секунд, совершая работу разрушения.

В химии подобный процесс носит название цепной реакции. Пусть нам удалось при воздействии извне расщепить хотя бы одно ядро атома, причем осколки, получившиеся в результате расщепления, попали в другие ядра, расщепив, в свою очередь, и их. В результате этого процесса количество осколков может возрастать все более и более, до тех пор, пока все или значительная часть ядер не будут расщеплены.

Такой процесс, конечно, может дать любое количество расщепленных или превращенных ядер атомов при затрате извне ничтожной энергии на первоначальное воздействие. Этот процесс мог дать образование нового вещества не за счет внешней энергии, а за счет энергии самих ядер, то есть проходить при высоком коэффициенте полезного действия. Если бы это было мыслимо, то ядерные процессы уже в 1919 году могли бы стать практически полезными, могли быть положены в основу производства.

Однако серьезным препятствием являлось то обстоятельство, что еще не были известны ядерные процессы, при которых расщепленные ядра давали бы в значительном количестве частицы, подобные затраченным извне на расщепление первых ядер.

Поэтому-то цепная реакция, казалось бы открывающая широкие перспективы для техники, не могла быть тогда осуществлена.

К 1939 году, благодаря работам ряда ученых, удалось достигнуть некоторых практических результатов. Окрепла уверенность в том, что рано или поздно, но вопрос превращения элементов и использования ядерной энергии получит техническое решение. В это время было сделано техническое открытие, показавшее, что ядро атома урана, стоявшего последним в таблице Менделеева, при бомбардировке нейтронами, то есть частицами без заряда, расщепляется, давая значительное число осколков, представляющих собой ядра более легких элементов.

Кроме того, в процессе расщепления каждого атома из него вылетает несколько таких же нейтронов, как и тот, который расщепил ядро атома.

Это открытие дало возможность осуществить цепную реакцию в ранее предположенном виде. При достаточном количестве урана, необходимом для того, чтобы осколки в виде нейтронов не рассеивались, а давали новые расщепления, можно достигнуть лавинообразного увеличения числа нейтронов и расщепленных атомов урана.

Уран в настоящее время стал основным элементом, на котором сосредоточились работы по техническому осуществлению ядерных реакций, тем более что процесс деления ядер атомов урана сопровождается освобождением громадной энергии — почти в 20 миллиардов калорий на один килограмм.

Хотя описанный путь к получению атомной энергии был найден в 1939 году, однако применение его на практике потребовало пяти лет упорной работы и огромных средств. Возникло множество серьезных затруднений, и к настоящему времени, по существу, разработано лишь использование ядерной энергии атомов в виде атомных бомб. Из них первая взорвана как опытная в июле 1945 года в Новой Мексике (США), а другие — с военной целью в японских городах Хиросима и Нагасаки. В 1946 году, как это было опубликовано, атомные бомбы были испытаны американцами также на атолле Бикени (Маршальские острова). В качестве источника энергии пока известен так называемый «урановый котел». Он служит для получения энергии в виде тепла и одновременно производит новый элемент — плутоний, имеющий в периодической таблице номер 94.

Вернемся к вопросу, поставленному вначале, — к загадке Солнца, грандиозному источнику его энергии. Теперь совершенно ясно, что источником солнечной энергии является перестройка атомных ядер элементов, из которых состоит Солнце. Очевидно, при этой перестройке получается уменьшение массы вновь образующихся атомов по сравнению с массой первоначальных атомов, за счет чего и выделяется энергия.

Можно сказать даже более: на Солнце, по-видимому, идет при участии углерода ряд последовательных превращений атомов водорода, составляющего главную массу Солнца. Эти превращения при особых условиях, имеющихся на Солнце, то есть при огромных температурах и давлениях, которых нет на Земле, идут сами собой, как в радиоактивных элементах. В конечном счете водород превращается в гелий, давно обнаруженный на Солнце.

Нетрудно подсчитать выделяемую при этом энергию, зная, что ядро атома водорода состоит из двух протонов и двух нейтронов, масса которых, считая по отдельности, составляет 4,0330 единицы, тогда как масса ядра гелия, состоящего из тех же 4 частиц, на самом деле составляет 4,0028. Разность в 0,0302 единицы, теряемая при соединении протонов или ядер водорода с нейтронами, что и происходит при образовании на Солнце гелия, соответствует выделяемой энергии. Величина этой энергии составит на 1 грамм гелия 190 тысяч киловатт-часов, или почти 170 миллионов калорий.

Нет ничего невероятного в том, что потеря энергии Солнцем возмещается за счет ядерной энергии. При этом связанное с выделением энергии уменьшение массы Солнца ничтожно.

Теперь ясно, что почти вся энергия, получаемая Землей от Солнца, имеет ядерное происхождение, хотя и используется человеком не непосредственно, а после ряда самых разнообразных превращений.

Несмотря на то, что атомная энергия была, собственно, применена лишь в военном деле, уже теперь представляет большой интерес возможность использовать ее в мирной обстановке. Предположения здесь не могут быть полностью обоснованы ввиду недостатка опыта, которого еще почти нет, так как эта новая техника насчитывает всего лишь 3—4 года со дня своего возникновения.

Главным преимуществом атомной энергии надо считать описанную уже ранее огромную концентрацию энергии. На каждый килограмм вещества в случае использования атомного ядра приходится энергии в миллионы раз больше, чем при горении каждого килограмма угля, или по сравнению с тем количеством тепла, которое заключает нагретый хотя бы добела слиток стали.

Если при использовании ядерной энергии на каждый килограмм урана приходится 25 миллионов киловатт-часов, то килограмм угля, как было сказано, при сгорании дает всего лишь около 8 киловатт-часов, а в килограмме раскаленной до 1400 градусов стали содержится всего лишь 0,5 киловатт-часа.

Преимущество иметь энергию при возможно большей ее концентрации вытекает из того, что только в этом случае за счет, энергии может быть экономно получена работа.

Солнце дает огромное количество энергии. На небольшой двор ее приходится свыше тысячи киловатт-часов в месяц. Но при ничтожной концентрации, которую имеет солнечная энергия, получаемая Землей, использование ее затруднительно. Гораздо удобнее пользоваться для нагревания электроэнергией, применяя плитки, где на каждый квадратный метр поверхности приходится около 500 киловатт.

Это происходит потому, что источник громадного количества энергии — Солнце — находится от нас на расстоянии в десятки миллионов километров. На самом же Солнце энергия выделяется в очень концентрированном виде благодаря непрерывному ядерному процессу, целиком поглощающему ежедневно несколько тысяч тонн вещества, из которого состоит Солнце.

После того как была раскрыта загадка атома, стали ясны многие явления, о сущности которых можно было только догадываться. Удалось даже составить достаточно достоверные биографии отдаленнейших звезд, среди которых наше лучезарное Солнце — маленький желтый карлик.

При помощи спектрального анализа излучаемого ими света давно уже можно определить температуру и состав вещества многих звезд. Но какие причины могли вызвать нагревание некоторых колоссальных небесных светил до температуры в 25—30 и более тысяч градусов, об этом строили туманные догадки. Многие ученые полагали, что до такой температуры небесные тела могли раскалиться в результате сокрушительных столкновений с другими звездами, что столь высокого нагревания звезды достигают, поглощая своих спутников и увлекая мощным притяжением рои несущихся в мировом пространстве метеоритов.

Это было похоже на истину. Действительно, каждый из нас видел множество «падающих звезд» — метеоритов, которые от трения о нашу планету превращают энергию своего стремительного полета в тепло, накаляющее их добела. Однако точные расчеты показали, что такая «пища» имеет ничтожное значение.

Опровергнуть догадку — еще не значит дать разгадку. Поэтому только вооруженные знанием сущности ядерных процессов астрономы определили, что рождение и существование звезд происходит благодаря выделению в их недрах атомной Энергии, превращающейся в тепло и свет.

Так одно великое открытие, помогает нам в создании научных основ для других открытий.

История разумного человечества — это цепь блестящих побед над могучими, но слепыми силами природы. При этом каждая новая победа разума над стихиями превосходит предыдущие и является опорой для последующих побед.

Автор статьи: В.П. Вологдин, член-корр. Академии наук СССР, 1947 г.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: