Как нашли атомную энергию - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Запрос «Атомная энергия» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Виды энергии:
	Механическая	Потенциальная Кинетическая
‹♦›	Внутренняя
	Электромагнитная	Электрическая Магнитная
	Химическая
	Ядерная
	Гравитационная
	Вакуума
Гипотетические:
	Тёмная
См. также: Закон сохранения энергии

Я́дерная эне́ргия (а́томная эне́ргия) — энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях и радиоактивном распаде.

В природе ядерная энергия выделяется в звёздах, а человеком применяется, в основном, в ядерном оружии и ядерной энергетике, в частности, на атомных электростанциях.

Физические основы[править | править код]

Открытие нейтрона в 1932 году (Джеймс Чедвик) можно считать началом современной ядерной физики.^[1]

Боровская модель атома представляет собой положительно заряженное ядро, где сконцентрирована почти вся масса атома (оно состоит из нейтронов и протонов), в окружении нескольких оболочек из очень лёгких отрицательно заряженных частиц (электронов). Размер атома оказывается порядка ангстрема (10⁻¹⁰ м), в то время как размеры ядра составляют от одного до нескольких ферми (10⁻¹⁵ м), то есть ядро меньше атома в 100 000 раз.

Электрически нейтральные атомы содержат одинаковое число электронов и протонов. Химический элемент однозначно определяется числом протонов в ядре, это число называется атомным номером (Z). Число нейтронов (N) в ядрах атомов данного элемента может варьироваться. Для малых Z это число у бета-стабильных ядер близко к числу протонов (N ≈ Z), но с увеличением Z, чтобы ядро оставалось стабильным, число нейтронов должно расти быстрее, чем Z. Атомы, которые отличаются только числом нейтронов в ядре, называются изотопами одного и того же элемента. Общее число нуклонов (то есть протонов и нейтронов) в ядре называется массовым числом A = Z + N.

Для названия изотопа обычно используется буквенное обозначение химического элемента с верхним индексом — атомной массой и (иногда) нижним индексом — атомным номером; например, изотоп уран-238 может быть записан в виде ${}_{{92}}^{{238}}{mathrm {U}}.$

Нуклоны, из которых состоят ядра, обладают относительно малой массой (около 1 а.е.м.), электрический заряд протона положителен, а нейтрон не заряжен. Поэтому, если учитывать только существование электромагнитных и гравитационных сил, ядро будет нестабильно (одноимённо заряженные частицы будут отталкиваться, разрушая ядро, а массы нуклонов недостаточно велики, чтобы гравитация могла противодействовать кулоновскому отталкиванию), что делало бы невозможным существование материи. Из очевидного факта существования материи вытекает, что в модель необходимо добавить третью силу, которую назвали сильным взаимодействием (строго говоря, между нуклонами в ядре действует главным образом не само сильное взаимодействие как таковое, а остаточные ядерные силы, обусловленные сильным взаимодействием). Эта сила должна, в частности, быть очень интенсивной, притягивающей на очень коротких расстояниях (на расстояниях порядка размеров ядра) и отталкивающей на ещё более коротких расстояниях (порядка размеров нуклона), центральной в определённом диапазоне расстояний, зависящей от спина и не зависящей от типа нуклона (нейтроны или протоны). В 1935 году Хидеки Юкава создал первую модель этой новой силы, постулировав существование новой частицы, пиона. Легчайший из мезонов он отвечает за бо́льшую часть потенциала между нуклонами на расстоянии порядка 1 фм. Потенциал Юкавы, который адекватно описывает взаимодействие двух частиц со спинами $s_{1}$ и $s_{2}$ , можно записать в виде:

$V(r)={frac {g_{{pi }}^{2}(m_{{pi }}c^{2})^{3}}{3(Mc^{2})^{2}{hbar }^{2}}}left[s_{1}s_{2}+S_{{12}}1+{frac {3R}{r}}+{frac {3R^{2}}{r^{2}}}right]{frac {e^{{-{frac {r}{R}}}}}{{frac {r}{R}}}}.$

Другие эксперименты, проводившиеся на ядрах, показали, что их форма должна быть приблизительно сферической с радиусом $R=1,5cdot A^{{1/3}}$ фм, где A — атомная масса, то есть количество нуклонов. Отсюда вытекает, что плотность ядер (и количество нуклонов на единицу объёма) постоянна. В самом деле, $Vsim R^{3}sim A,$ то есть объём пропорционален А. Так как плотность рассчитывается путём деления массы на объём, $rho ={frac {A}{V}}={rm {{const}.}}$ Это привело к описанию ядерной материи как несжимаемой жидкости и к появлению капельной модели ядра как фундаментальной модели, необходимой для описания деления ядер.

Энергия связи[править | править код]

Зависимость удельной энергии связи (то есть энергии связи, приходящейся на один нуклон) от числа нуклонов в ядре.

Хотя ядро состоит из нуклонов, однако масса ядра — это не просто сумма масс нуклонов. Энергия, которая удерживает вместе эти нуклоны, наблюдается как разница в массе ядра и массах составляющих его отдельных нуклонов, с точностью до коэффициента c², связывающего массу и энергию уравнением $E=mcdot c^{2}.$ Таким образом, определив массу атома и массу его компонент, можно определить среднюю энергию на нуклон, удерживающую вместе различные ядра.

Из графика можно видеть, что очень лёгкие ядра имеют меньшую энергию связи на нуклон, чем ядра, которые немного тяжелее (в левой части графика). Это является причиной того, что в термоядерных реакциях (то есть при слиянии лёгких ядер) выделяется энергия. И наоборот, очень тяжёлые ядра в правой части графика имеют более низкую энергию связи на нуклон, чем ядра средней массы. В связи с этим деление тяжёлых ядер также энергетически выгодно (то есть происходит с выделением ядерной энергии). Следует отметить также, что при слиянии (в левой части) разница масс гораздо больше, чем при делении (в правой части).

Энергия, которая требуется, чтобы разделить полностью ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи E_с ядра. Удельная энергия связи (то есть энергия связи, приходящаяся на один нуклон, ε = E_с/A, где A — число нуклонов в ядре, или массовое число), неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у лёгких ядер (дейтерий) до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом А ≈ 100). У тяжёлых ядер (А ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение лёгких ядер в более тяжёлые ядра даёт ещё больший энергетический выигрыш в расчёте на нуклон. Так, например, реакция соединения ядер дейтерия и трития

${displaystyle mathrm {{_{1}}D^{2}+{_{1}}T^{3}rightarrow {_{2}}He^{4}+{_{0}}n^{1}} }$

сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, то есть 3,5 МэВ на нуклон^[2].

Деление ядер[править | править код]

Типичное распределение масс осколков деления. График представлен для урана-235.

Э. Ферми после открытия нейтрона провёл серию экспериментов, в которых различные ядра бомбардировались этими новыми частицами. В этих экспериментах обнаружено, что нейтроны низкой энергии часто поглощаются ядром с испусканием фотона (так называемый радиоактивный захват нейтрона).

Чтобы исследовать эту реакцию, эксперимент систематически повторялся для всех элементов периодической таблицы. В результате были обнаружены новые радиоактивные изотопы элементов, служивших мишенями. Однако при облучении урана был обнаружен ряд других, лёгких элементов. Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрассман смогли это объяснить, предположив, что ядро урана при захвате нейтрона разделится на две примерно равные массы. Действительно, в продуктах реакции был обнаружен барий с атомной массой около половины массы урана. Позже было обнаружено, что это деление происходило не во всех изотопах урана, но только в ²³⁵U. А ещё позже стало известно, что это деление может привести к множеству различных элементов, распределение которых по массе напоминает двойной горб верблюда.

Схема деления ²³⁵U. Низкоскоростной (тепловой) нейтрон, захваченный ядром урана, дестабилизирует его, и оно делится на две части, а также испускает 2-3 (в среднем 2,5) нейтрона деления.

При делении урана тепловым нейтроном возникает не только два более лёгких ядра (осколка деления), но также излучаются 2 или 3 (в среднем 2,5 для ²³⁵U) нейтрона, имеющие высокую кинетическую энергию. Для урана, как тяжёлого ядра, не выполняется соотношение N ≈ Z (равное число протонов и нейтронов), которое имеет место для более лёгких элементов, так что продукты деления нейтронно-избыточны. В результате эти продукты деления оказываются бета-радиоактивными: избыточные нейтроны ядра постепенно превращаются в протоны (с испусканием бета-частиц), а само ядро, сохраняя массовое число, движется по изобарической цепочке к ближайшему на ней бета-стабильному ядру. Деление ²³⁵U может произойти в более чем 40 вариантах, что порождает более 80 различных продуктов деления, которые, в свою очередь, распадаясь, формируют цепочки распада, так что в конечном счёте продукты деления урана включают около 200 нуклидов (непосредственно или как дочерние нуклиды).

Энергия, выделяющаяся при делении каждого ядра ²³⁵U, составляет в среднем около 200 МэВ. Минералы, используемые для добычи урана, содержат, как правило, около 1 г на кг урановой руды (настуран, например). Поскольку изотопное содержание ²³⁵U в природном уране всего 0,7 %, получаем, что на каждый килограмм добытой руды будет приходиться 1,8·10¹⁹ атомов ²³⁵U. Если все эти атомы ²³⁵U из 1 грамма урана поделятся, то выделится 3,6·10²⁷ эВ = 5,8·10⁸ Дж энергии. Для сравнения, при сжигании 1 кг угля наилучшего качества (антрацит) выделяется энергия около 4·10⁷ Дж энергии, то есть для получения ядерной энергии, содержащейся в 1 кг природного урана, необходимо сжечь более 10 тонн антрацита.

Появление 2,5 нейтрона на акт деления позволяет осуществить цепную реакцию, если из этих 2,5 нейтрона как минимум один сможет произвести новое деление ядра урана. Обычно испускаемые нейтроны не делят ядра урана сразу же, но сначала должны быть замедлены до тепловых скоростей (2200 м/с при T=300 K). Замедление достигается наиболее эффективно с помощью окружающих атомов другого элемента с малым A, например водорода, углерода и т. п. материала, называемого замедлителем.

Некоторые другие ядра также могут делиться при захвате медленных нейтронов, например ²³³U или ²³⁹Pu. Однако возможно также деление быстрыми нейтронами (высокой энергии) таких ядер как ²³⁸U (его в 140 раз больше, чем ²³⁵U) или ²³²Th (его в земной коре в 400 раз больше, чем ²³⁵U).

Элементарная теория деления была создана Нильсом Бором и Дж. Уилером с использованием капельной модели ядра.

Деление ядер также может быть достигнуто с помощью быстрых альфа-частиц, протонов или дейтронов. Однако эти частицы, в отличие от нейтронов, должны иметь большую энергию для преодоления кулоновского барьера ядра.

Выброс ядерной энергии[править | править код]

Известны экзотермические ядерные реакции, высвобождающие ядерную энергию.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония, реже других тяжёлых ядер (уран-238, торий-232). Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Другим способом высвобождения ядерной энергии является термоядерный синтез. При этом два ядра лёгких элементов соединяются в одно тяжёлое. В природе такие процессы происходят на Солнце и в других звёздах, являясь основным источником их энергии.

Многие атомные ядра являются неустойчивыми. С течением времени часть таких ядер самопроизвольно превращается в другие ядра, высвобождая энергию. Такое явление называют радиоактивным распадом.

Применение ядерной энергии[править | править код]

Установленная мощность (синяя линия) и годовое производство энергии (красная линия) ядерными электростанциями с 1980 по 2012 гг.

Вынужденное деление ядер[править | править код]

В настоящее время из всех источников ядерной энергии наибольшее практическое применение имеет энергия, выделяющаяся при делении тяжёлых ядер. В условиях дефицита энергетических ресурсов ядерная энергетика на реакторах деления считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия. На атомных электрических станциях ядерная энергия используется для получения тепла, используемого для выработки электроэнергии и отопления. Ядерные силовые установки решили проблему судов с неограниченным районом плавания (атомные ледоколы, атомные подводные лодки, атомные авианосцы).

Энергия деления ядер урана или плутония применяется в ядерном и термоядерном оружии (как пускатель термоядерной реакции и как источник дополнительной энергии при делении ядер нейтронами, возникающими в термоядерных реакциях).

Существовали экспериментальные ракетные двигатели, но испытывались они исключительно на Земле и в контролируемых условиях, по причине опасности радиоактивного загрязнения в случае аварии.

Атомные электростанции в 2012 году производили 13 % мировой электроэнергии и 5,7 % общего мирового производства энергии^[3]^[4]. Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на 2013 год насчитывается^[5] 436 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию)^[6] реакторов в 31 стране мира^[7]. Кроме того, на разных стадиях сооружения находится ещё 73 энергетических ядерных реакторов в 15 странах^[5]. В настоящее время в мире имеется также около 140 действующих надводных кораблей и подводных лодок, использующих в общей сложности около 180 реакторов^[8]^[9]^[10]. Несколько ядерных реакторов были использованы в советских и американских космических аппаратах, часть из них всё ещё находится на орбите. Кроме того, в ряде приложений используется ядерная энергия, генерируемая в нереакторных источниках (например, в термоизотопных генераторах). При этом не прекращаются дебаты об использовании ядерной энергии^[11]^[12]. Противники ядерной энергетики (в частности, такие организации, как «Гринпис») считают, что использование ядерной энергии угрожает человечеству и окружающей среде^[14]^[15]. Защитники ядерной энергетики (МАГАТЭ, Всемирная ядерная ассоциация и т. д.), в свою очередь, утверждают^[16], что этот тип энергетики позволяет снизить выбросы парниковых газов в атмосферу и при нормальной эксплуатации несёт значительно меньше рисков для окружающей среды, чем другие типы энергогенерации^[17].

Термоядерный синтез[править | править код]

Энергия термоядерного синтеза применяется в водородной бомбе. Проблема управляемого термоядерного синтеза пока не решена, однако в случае решения этой проблемы он станет практически неограниченным источником дешёвой энергии.

Самопроизвольный радиоактивный распад[править | править код]

Многие нуклиды могут самопроизвольно распадаться с течением времени. Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, используется в долгоживущих источниках тепла и бета-гальванических элементах.
Автоматические межпланетные станции типа «Пионер» и «Вояджер», а также марсоходы и другие межпланетные миссии используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Изотопный источник тепла использовали советские лунные миссии «Луноход-1» и «Луноход-2», проходившие с 17 ноября 1970 года по 14 сентября 1971 года, вторая миссия Лунохода состоялась в январе 1973 года.

См. также[править | править код]

Атомная бомба
Термоядерный синтез
Радиоактивность

Примечания[править | править код]

↑ Settle, Frank (2005), Nuclear Chemistry. Discovery of the Neutron (1932) Архивная копия от 5 июля 2009 на Wayback Machine (недоступная ссылка с 22-05-2013 [3650 дней] — история, копия), General Chemistry Case Studies
↑ Краткая энциклопедия «Атомная энергия», Государственное научное издательство «Большая советская энциклопедия», 1956 г.
↑
Key World Energy Statistics 2012 (неопр.). — International Energy Agency, 2012.
↑ World Nuclear Association. Another drop in nuclear generation Архивная копия от 1 ноября 2012 на Wayback Machine World Nuclear News, 05 May 2010.
↑ ¹ ² PRIS — Home
↑ Кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие ядерные реакторы.
↑ World Nuclear Power Reactors 2007-08 and Uranium Requirements. World Nuclear Association (9 июня 2008). Дата обращения: 21 июня 2008. Архивировано 3 марта 2008 года.
↑ What is Nuclear Power Plant — How Nuclear Power Plants work | What is Nuclear Power Reactor — Types of Nuclear Power Reactors — EngineersGarage. Дата обращения: 12 мая 2013. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
↑ Nuclear-Powered Ships | Nuclear Submarines
↑ http://www.ewp.rpi.edu/hartford/~ernesto/F2010/EP2/Materials4Students/Misiaszek/NuclearMarinePropulsion.pdf Архивная копия от 26 февраля 2015 на Wayback Machine Naval Nuclear Propulsion, Magdi Ragheb. На 2001 год было построено 235 корабельных ядерных реакторов, часть из которых уже выведена из эксплуатации.
↑ Union-Tribune Editorial Board. The nuclear controversy. Union-Tribune (27 марта 2011). Дата обращения: 28 сентября 2012. Архивировано из оригинала 19 ноября 2011 года.
↑ James J. MacKenzie. Review of The Nuclear Power Controversy by Arthur W. Murphy The Quarterly Review of Biology, Vol. 52, No. 4 (Dec., 1977), pp. 467—468.
↑ NC WARN ” Nuclear Power
↑ Sturgis, Sue Investigation: Revelations about Three Mile Island disaster raise doubts over nuclear plant safety. Southernstudies.org. Дата обращения: 24 августа 2010. Архивировано из оригинала 9 февраля 2010 года.
↑ U.S. Energy Legislation May Be ‘Renaissance’ for Nuclear Power.
↑ PRIS – Reactor status reports – Operational & Long-Term Shutdown – By Country. pris.iaea.org. Дата обращения: 8 декабря 2019.

Литература[править | править код]

Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940—1980, Harper & Row.
Cooke, Stephanie (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age, Black Inc.
Cravens, Gwyneth. Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy (англ.). — New York: Knopf (англ.) (рус., 2007. — ISBN 0-307-26656-7.
Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future?, Palgrave.
Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power, Oxford University Press.
Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations.
Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World’s Most Misunderstood Energy Source, Wiley.
Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report, German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993—1971, Berkeley: University of California Press.
Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press.
Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1
Атомная энергия : Первое знакомство. — М. : Кучково поле Музеон, 2020. —128 с. : ил. ISBN 9 78-5-907174-38-2

Ссылки[править | править код]

Международные соглашения[править | править код]

Декларация о предотвращении ядерной катастрофы (1981)
Сферы и направления использования ядерной энергии
Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии (Вена, 1986)
Конвенция о ядерной безопасности (Вена, 1994)
Конвенция о физической защите ядерного материала (Вена, 1979)
Венская конвенция о гражданской ответственности за ядерный ущерб
Объединённая конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и безопасности обращения с радиоактивными отходами

Источник

Расшифровка Рождение ядерной физики

Автор Алексей Кожевников

Мы начнем лекцию с 1932 года, который условно считается годом рождения ядерной физики. На самом деле ядерная физика в каком-то смысле существовала и до 1932 года: за 20 лет до того уже было известно, что внутри атома имеется ядро, что есть радиоактивные излучения — альфа-, бета- и гамма-частицы, что происходят ядерные реакции и что в ходе этих ядерных реакций одни атомы могут превращаться в другие.

До 1932 года ядерная физика все-таки была относительно маргинальной, но не самой важной из областей физики. Главной областью на тот момент были атомная физика, где изучали не ядро, а уровень электронов в атоме, и квантовая механика. Ядерная физика была немножко в стороне. Она была более непонятной, потому что еще с самого открытия радиоактивности не было ясно, что же является источником энергии, которая выходила из атома в виде радиоактивных излучений. По атомным масштабам это была очень большая энергия, но откуда она возникает и почему может поддерживаться такое долгое время, практически не убывая, тоже было совершенно непонятно.

1932 год изменил статус ядерной физики. Связано это было с целым рядом экспериментальных открытий, среди которых самым важным было открытие нейтрона. В Кембриджской лаборатории Джеймс Чедвик объявил о том, что в числе радиоактивных излучений, которые испускают различные радиоактивные атомы, было излучение, состоявшее из массивной, но электрически нейтральной частицы. Он назвал эту частицу нейтроном.

Появился ряд других открытий, связанных с нейтроном, например тритий — тяжелая вода. Весь этот набор экспериментальных открытий сразу выдвинул ядерную физику на первое место среди самых важных, активно развивающихся и продуктивных областей физики, и начиная с 1932 года она остается такой на протяжении примерно 15–20 лет.

Обнаружение нейтрона открыло перед экспериментаторами очень большие перспективы. До этого существовала возможность производить ядерные реакции, направляя на ядра атомов быстро двигающиеся частицы, такие как протон или альфа-частицы. Если протон, быстрый протон или альфа-частица попадали в ядро, оно могло расколоться или в нем могли произойти другие ядерные реакции, приводящие к возникновению новых элементов.

Но сложность состояла в том, что и протоны, и альфа-частицы электрически заряжены и ими трудно было попасть в то же позитивно электрически заряженное ядро атома. Нейтрон же был частицей нейтральной, и он сразу дал возможность производить огромное количество новых реакций.

Группой ученых, которые наиболее успешно занималась этой деятельностью начиная с 1934 года, была римская группа во главе с Энрико Ферми. Они практически поставили дело на конвейер. Буквально любой химический элемент периодической таблицы Менделеева был использован ими как мишень для потока нейтронов. Не то чтобы целью, но, может быть, главным призом всей этой активности была надежда открыть трансурановые элементы.

Одна из наиболее важных ядерных реакций, которая могла происходить с атомом, — это поглощение нейтрона атомом. Потом атом испускал электрон, или бета-частицу. При такой реакции заряд атома увеличивался на один, и из одного атома можно было получить другой атом следующей клеточки периодической таблицы Менделеева. Перебирая элементы таким образом, можно было дойти до самого последнего атома в таблице на тот момент — это был уран, о новых атомах за которым ничего известно не было. Они не могут существовать в естественном виде в природе, потому что сильно радиоактивны и быстро распадаются. Одной из надежд группы Ферми была как раз попытка, облучая нейтронами уран, вызвать такую реакцию, чтобы в итоге получился следующий, еще не открытый и не существующий в природе элемент.

Открытие любого нового химического элемента по меркам того времени практически гарантировало Нобелевскую премию. И в начале 1938 года Ферми смог объявить положительный результат. В числе полученных продуктов разных атомных реакций были какие-то новые типы излучений, новые варианты атомного распада, которые они не могли отождествить ни с каким из близких к урану атомов. Это позволило им заключить, что в числе продуктов реакции появляется что-то новое — доселе неизвестный атом, который вполне естественно было считать первым трансурановым элементом.

Авторитет Ферми тогда был очень высок: он уже сделал очень много важных открытий — и за это открытие в конце 1938 года ему была присуждена Нобелевская премия. По иронии судьбы, это была одна из тех Нобелевских премий, которая практически сразу была опровергнута, и другие исследователи показали, что премию присудили неправильно.

Но это было не совсем так: доказали, что те продукты реакции, которые Ферми получил в результате, были вовсе не трансурановым элементом, а уже более-менее известными и существовавшими изотопами. Теми, кто указал на эту ошибку и объяснил, в чем дело, была конкурирующая группа ученых, работавшая в Берлине. Ее главными представителями были химик Отто Хан и радиофизик Лиза Мейтнер.

Они изучали ядерные реакции примерно в том же ключе, что и Ферми, но результат Ферми с самого начала вызвал у них некие подозрения. Ученым казалось, что что-то происходит не так, и к концу года Отто Хан смог сделать другое заключение — это произошло буквально в течение месяца после присуждения Нобелевской премии Ферми. Хан пришел к выводу, что среди продуктов распада находится не трансурановый элемент, а элемент барий, ничем не примечательный элемент в середине таблицы Менделеева. При этом было не совсем понятно, откуда он взялся.

Правильную аргументацию довольно быстро дала Мейтнер, но к тому времени ее положение оказалось довольно сложным. Группа в течение многих лет работала в Берлине; Хан был немцем, а Лиза Мейтнер происходила из еврейской семьи и родилась в Вене. Она работала в Германии уже довольно давно, но ее положение сильно осложнилось в 1933 году, после прихода к власти нацистского правительства. В 1938 году коллеги поторопились вывезти ее из страны. Отто Хан сумел вывезти Мейтнер в Голландию, откуда она переправилась в нейтральную Швецию. Там она смогла выжить во время войны как беженец, имея временную научную работу.

К тому моменту, когда в конце 1938 года Хан и другой его сотрудник, Фриц Штрассман, пришли к заключению, что в среде продуктов распада ядерной реакции был барий, Лиза Мейтнер жила в Швеции и не могла принимать непосредственное участие в этой работе. Поэтому она не упоминается в качестве автора знаменитой работы, известной как открытие реакции деления урана нейтронами, — формальными авторами были двое ее немецких коллег. В итоге в 1945 году Отто Хану за это открытие была присуждена Нобелевская премия, а Лизу Мейтнер Нобелевский комитет решил обойти вниманием. За свою историю Нобелевский комитет вынес много несправедливых решений, но это, пожалуй, было одним из самых несправедливых.

Тем не менее Мейтнер сделала очень важный вклад в понимание реакции деления, потому что именно ей принадлежит формулировка деления ядра. Она была одной из первых, кто узнал о том, что Хан написал в своей работе как химик, и в соавторстве со своим племянником Отто Фишем она отдельно опубликовала работу, где как физик объяснила, что реакция, которая происходит в итоге попадания нейтрона в уран, вызывает раскол ядра урана на две примерно равные половинки. Тем самым объяснялось, почему в результате появляется барий — атом примерно из середины таблицы Менделеева. Для описания реакции использовали термин «деление», взятый из биологии, где деление — это размножение клеток, которое происходит у биологических организмов.

Буквально с первых дней 1939 года реакция деления урана стала сенсацией для физиков всего мира и практически сразу вызвала не только огромный интерес, но и большую тревогу. Нельзя даже сказать, чья конкретно это была идея. Почти сразу во многих головах возникло понимание, что из этой реакции деления теоретически можно получить атомную энергию: возможно — как источник энергии, а возможно — как взрывное устройство, похожее на бомбу или еще что-то очень опасное.

До открытия деления урана можно было спекулировать на тему атомной энергии. Были известны ядерные реакции, в которых выделялась достаточно большая по масштабам атома энергия. Но для каждой атомной реакции необходимо было затратить намного большее количество энергии и материалов просто для того, чтобы создать условия для реакции.

Реакция деления показала, что теоретически появилась возможность цепных реакций. При делении урана на две половинки среди продуктов также возникали нейтроны, и если их число было больше единицы — а в действительности иногда образовывалось два или три новых нейтрона, — появлялась возможность устроить цепную реакцию. Запустив эту реакцию, дальше физик теоретически мог сидеть и смотреть, как лавина развивается и как большое количество ядерных реакций добавляет новую энергию в результат. В теории появлялась надежда, что из этого выйдет что-то практически значимое в смысле источника энергии.

Интересно, что на тот момент как раз это условие в каком-то смысле спасло ядерную физику в Советском Союзе. В СССР ядерная физика тоже довольно активно развивалась после 1932 года, и были лаборатории, в частности лаборатория Курчатова, которые занимались экспериментами, похожими на эксперименты лаборатории Ферми. Это дело финансировалось Наркоматом тяжелой промышленности, и ядерная физика становилась все более и более масштабной областью изучения.

Но Наркомат как экономическое министерство в какой-то момент начал задаваться вопросом, какой из этого будет выход. Для советских министерств было очень важно, чтобы ученые могли пообещать какой-то практический выход. И с 1939 года риск отмены финансирования ядерной физики в Советском Союзе отпал: эта область исследования у советских ученых тоже стала одной из самых популярных и очень важных.

Во всех странах, где на тот момент развивалась ядерная физика, большое число ученых сразу переключилось на исследования урана. Важный результат получила лаборатория в Париже. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри первыми оценили критическую массу — то, какой минимальный запас урана должен быть, чтобы теоретически надеяться на цепную реакцию, которая не угасала бы, а продолжала развиваться. По их оценкам, выходило десять тонн, что, в общем-то, показывало, что бомба практически нереальна. На тот момент никакой самолет не мог перевозить и использовать бомбы такого размера, но практически во всех странах были физики или инженеры, которые почти сразу же написали письма своим военным или экономическим начальникам, утверждая, что шанс сделать бомбу все-таки есть. С 1939–1940 годов в разных странах существовали группы, которые пытались выяснить, можно ли произвести из этого оружие.

Тут нужно пояснить: не каждая цепная реакция — это взрыв. Есть цепные реакции, которые происходят стабильно. Скажем, костер, в котором горят веточки и куда эти веточки подкладывают, — это тоже цепная реакция. Но ничего не взрывается — просто происходит постоянное и стабильное выделение энергии. Эта энергия тоже может выйти из-под контроля, возникнет пожар, и тогда это будет цепная реакция, в которой выделение энергии развивается неконтролируемо, но пожар не является взрывной реакцией.

Следующим вариантом для сравнения может быть авария в Чернобыле. Иногда она называется взрывом, хотя в реальности взрыв был сравнительно небольшой. Он уничтожил сам реактор и разрушил оболочку, стену здания, потому что ядерный реактор на станции сильно перегрелся. Но это тоже взрыв, который для военных целей взрывом не считается, и по уровню он не сравним с бомбой, уничтожившей Хиросиму. В этом смысле можно сравнить взрыв в Хиросиме, который уничтожил город и привел к жертвам нескольких сотен тысяч человек, и локальный взрыв в Чернобыле, который только разрушил сам реактор, а близко существующий город от взрыва не пострадал.

И в этом смысле разницу между тем и другим взрывом скорее можно объяснить как скорость реакции. И в том, и в другом случае цепная реакция приводит к перегреву и выделению неконтролируемого количества энергии. Но в чернобыльской реакции, когда произошло это неконтролируемое выделение энергии, оно усиливалось настолько, пока сам реактор не был разрушен. После чего цепная реакция стала потихоньку затухать и сходить на нет.

В атомной бомбе реакция должна происходить на несколько порядков быстрее, то есть до того момента, как сам объект, в котором происходит реакция, реактор или бомба, разрушится, энергии должно выделиться настолько много, чтобы ее хватило на разрушение целого города. Это означало, что выделение энергии должно было быть намного более быстрым.

Весной 1940 года произошло событие, которое довольно сильно повлияло на ход работ. Важным событием для возможности создания именно атомного оружия был короткий меморандум, написанный в Англии двумя физиками, которые были беженцами из нацистской Европы. Одним из них был Рудольф Пайерлс, а другой физик происходил из Австрии: это был племянник Лизы Мейтнер — Отто Фриш. Оба на тот момент работали в Англии.

На 1940 год Англия была в полной мере вовлечена в войну с нацистской Германией и практически все ее собственные силы и кадры физиков были мобилизованы для различного рода военных исследований, самым главным из которых было исследование противовоздушной обороны и радиолокации. К этим секретным исследованиям Фриш и Пайерлс допущены не были: в каком-то смысле они стали заниматься проблемой урана именно потому, что их не допустили к более важным на тот момент военным работам и у них было время заниматься, скажем так, теоретическими спекуляциями.

В начале 1940 года они написали короткую работу и сразу поняли, что публиковать ее нельзя. Они показали работу своим английским коллегам, которые сразу ее засекретили. Это стало началом первого в истории проекта по созданию атомной бомбы.

Фриш и Пайерлс попытались рассчитать, как будет происходить цепная реакция, если суметь отделить изотоп уран-235, который в естественном уране существует в количестве меньшем, чем 2 %, от урана-238, намного более распространенного в естественном уране изотопа. К своему собственному удивлению, они обнаружили, что в этом случае цепная реакция происходит намного быстрее, чем в естественном уране, который состоит из смеси изотопов.

После года работы, примерно к середине 1941 года, англичане поняли, что они не смогут сделать атомную бомбу. Стало понятно, что, как и любая другая страна, которая находилась в состоянии войны и в которой вся экономика была подчинена нуждам идущей войны, они не могут решиться выделить огромное количество ресурсов и времени на непонятный проект с непонятным результатом. Поэтому летом 1941 года англичане перебазировали часть своего проекта в Канаду, подальше от театра боевых действий, — туда, где его по крайней мере не могли разбомбить.

Также они решили поделиться секретом с американцами — как бы сейчас сказали, в качестве научного обмена. Делегация английских ученых, направленная в Америку, по сути, привела к созданию «Манхэттенского проекта», который изначально был сотрудничеством двух стран, но в конце стал больше американским.

Нельзя сказать, что это было сознательным обманом, но с точки зрения англичан, можно считать, что они готовы были рисковать незадействованными индустриальными ресурсами Америки и поделиться этим проектом с американцами, чтобы использовать мощность американской индустрии. В случае успеха они надеялись, что результат будет принадлежать двум странам, а если бы проект был неудачным, то основные ресурсы были бы потрачены именно американской, а не английской стороной, которая в тот момент направляла все свои ресурсы на войну.

Пожалуй, один из самых недооцененных участников этого проекта — это генерал Лесли Гровс, который командовал проектом как администратор и менеджер. В публичных историях его роль обычно принижается, потому что ученые его не любили. В каком-то смысле роль маршала Берии в советском проекте потом во многом будет похожа на роль генерала Гровса в «Манхэттенском».

Это был грубый, неотесанный человек, в каком-то смысле солдафон. Ученым казалось, что как администратор он превышает свои полномочия. Он действительно их превышал — и не только по отношению к ученым, но и в том, что выбивал материалы для своего проекта, в том числе из других проектов, которые были намного более востребованы в войне. Будучи во главе «Манхэттенского проекта», Гровс столько раз выходил за рамки, что если бы он не достиг успеха и бомбардировка Хиросимы в итоге не произошла бы, скорее всего, после окончания войны он пошел бы под суд: тогда начали бы задавать вопросы, сколько всего ресурсов было потрачено на бомбу, которая в итоге не была задействована.

Одной из главных стратегий риска, которые маршал Берия тоже потом будет применять в советском проекте, стала работа по всем возможным направлениям сразу. Были разные варианты разработок и разные технические, инженерные и научные возможности, и заранее не было понятно, какой вариант будет более эффективным и сработает. Поэтому вместо того, чтобы выяснить, делать плутониевую бомбу или урановую, делать атомный реактор на уране с графитом или атомный реактор на уране с тяжелой водой в качестве замедлителя, Гровс в качестве главного организационного принципа выбрал принцип делать сразу все.

В этом смысле действительно очень показательно сравнивать Гровса с Берией, потому что Берия во многом организовывал советский проект по аналогичным принципам менеджмента. Для него главной проблемой тоже была минимизация возможности ошибки: нужно попытаться сделать так, чтобы вероятность неудачи была как можно меньше. Сколько ресурсов при этом будет затрачено, его волновало мало — и советская бомба в итоге тоже будет создана с огромными жертвами, перезатратой усилий, средств, и материалов. А по времени работа займет примерно столько же, сколько и работа над американской атомной бомбой в «Манхэттенском проекте», то есть примерно четыре года.

Для Берии, как и для Гровса, фактор времени был одним из самых важных. Для Советского Союза проблема, которую создала монополия американцев на атомное вооружение, была даже не столько военной. В первые несколько лет, до 1950 года, количество атомных бомб, которые находились в распоряжении Соединенных Штатов, еще было относительно незначительным. Пока Советский Союз не обладал своей собственной бомбой, вероятность атомной атаки со стороны Америки оценивалась как сравнительно низкая. И даже если бы она произошла, количества атомных бомб не хватало на то, чтобы это оружие действительно стало решающим. Советский Союз уже знал, к каким уровням разрушения приводят современные войны, и по масштабам уже пережитых разрушений несколько атомных бомб не казались настолько уж опасными по крайней мере в ближайшее время.

Сейчас совершенно естественно считать, что ядерное оружие — это оружие массового поражения и, по сути, средство геноцида. Практически нет военных объектов, которые могут стать целью атомного оружия. Единственное, для чего атомная бомба реально существует и может применяться, — это для уничтожения города с миллионным населением.

Поэтому было понятно, что в 1945 году, после первого использования атомного оружия, история войны и вооружения перешла на совершенно новый уровень, но с чисто военной точки зрения у этого явления есть определенная сложность. Военные генералы того времени не были сильно воодушевлены атомной бомбой, и для них ее ценность была не настолько большой, как это представляется сейчас.

Связано это было с тем, что к концу Второй мировой войны генералы научились уничтожать население настолько эффективно, что могли делать это и без атомного оружия. Так называемые стратегические бомбардировки могли уничтожить город с миллионным населением — и уничтожали. Наиболее известна бомбардировка Дрездена в Германии в феврале 1945 года, где, по разным оценкам, хотя в данных случаях они всегда приблизительные, количество жертв соотносилось с жертвами атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.

С точки зрения военных, циников и убийц, атомная бомба не давала им больше того, что уже было у них в руках. Разницу видели скорее в том, что без атомной бомбы надо было бы использовать несколько сотен бомбардировщиков и тысячи обычных и зажигательных бомб и бомбить в течение целого дня, а количество жертв среди пилотов и потерь бомбардировщиков тоже было бы заметным и значительным. В случае атомной бомбардировки примерно такого же результата можно было добиться с помощью одного или двух бомбардировщиков и одного успешного бомбометания. В этом смысле нельзя сказать, что атомные бомбардировки очень сильно повысили бы криминальность того, что и так происходило на Земле в тот момент.

Но очень важно было символическое значение атомного оружия. По крайней мере, в 1945 году главной проблемой для Советского Союза было то, что американцы будут использовать свою монополию на атомную бомбу в дипло-матических целях. Наличие атомного оружия у Америки довольно сильно повлияло на невозможность переговоров после окончания Второй мировой и в этом смысле способствовало быстрому переходу к состоянию холодной войны.

другие материалы на эту тему

Чтение на 15 минут: «Хиросима»

Фрагмент репортажа Джона Херси о шести выживших в Хиросиме

Голос дня: Эйнштейн — о войне и мире

Речь, произнесенная через четыре месяца после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки

Хотите быть в курсе всего?

Подпишитесь на нашу рассылку, вам понравится. Мы обещаем писать редко и по делу

Курсы

Загадки «Повести временных лет»

Дело о Велимире Хлебникове

Пророк Заратустра и его религия: что надо знать

Новая литература в новой стране: о чем писали в раннем СССР

Краткая история феминизма

Марсель Пруст в поисках потерянного времени

Как жили первобытные люди

Дадаизм — это всё или ничего?

Третьяковка после Третьякова

«Народная воля»: первые русские террористы

Скандинавия эпохи викингов

Портрет художника эпохи СССР

Языки архитектуры XX века

Английская литература XX века. Сезон 2

Ощупывая
северо-западного
слона (18+)

Трудовые будни героев Пушкина, Лермонтова, Гоголя и Грибоедова

Взлет и падение Новгородской республики

История русской эмиграции

Остап Бендер: история главного советского плута

Найман читает «Рассказы о Анне Ахматовой»

Главные идеи Карла Маркса

Олег Григорьев читает свои стихи

История торговли в России

Жак Лакан и его психоанализ

Мир средневекового человека

Репортажи с фронтов Первой мировой

Главные философские вопросы. Сезон 8: Где добро, а где зло?

Веничка Ерофеев между Москвой и Петушками (18+)

Как жили обыкновенные люди и императоры в Древнем Риме

Немецкая музыка от хора до хардкора

Главные философские вопросы. Сезон 7: Почему нам так много нужно?

Главные философские вопросы. Сезон 6: Зачем нам природа?

История московской архитектуры. От Василия Темного до наших дней

Берлинская стена. От строительства до падения

Нелли Морозова. «Мое пристрастие к Диккенсу». Аудиокнига

Польское кино: визитные карточки

Зигмунд Фрейд и искусство толкования

«Эй, касатка, выйди в садик»: песни Виктора Коваля и Андрея Липского

Английская литература XX века. Сезон 1

Культурные коды экономики: почему страны живут

по-разному

Главные философские вопросы. Сезон 5: Что такое страсть?

Золотая клетка. Переделкино

в 1930–50-е годы

Как исполнять музыку на исторических инструментах

Как Оптина пустынь стала главным русским монастырем

Как гадают ханты, староверы, японцы и дети

Последние Романовы: от Александра I до Николая II

Отвечают сирийские мистики

Как читать любимые книги по-новому

Как жили обыкновенные люди в Древней Греции

Путешествие еды по литературе

Стругацкие: от НИИЧАВО к Зоне

Легенды и мифы советской космонавтики

Гитлер и немцы: как так вышло

Как Марк Шагал стал всемирным художником

«Безутешное счастье»: рассказы о стихотворениях Григория Дашевского

Лесков и его чудные герои

Культура Японии в пяти предметах

5 историй о волшебных помощниках

Главные философские вопросы. Сезон 4: Что есть истина?

Первопроходцы: кто открывал Сибирь и Дальний Восток

Сирийские мистики об аде, игрушках, эросе и прокрастинации

Что такое романтизм и как он изменил мир

Финляндия: визитные карточки

Как атом изменил нашу жизнь

Данте и «Божественная комедия»

Шведская литература: кого надо знать

Теории заговора: от Античности до наших дней

Зачем люди ведут дневники, а историки их читают

Помпеи до и после извержения Везувия

Народные песни русского города

Метро в истории, культуре и жизни людей

Что мы знаем об Антихристе

Джеймс Джойс и роман «Улисс»

Главные философские вопросы. Сезон 3: Существует ли свобода?

«Молодой папа»: история, искусство и Церковь в сериале (18+)

Безымянный подкаст Филиппа Дзядко

Антропология Севера: кто и как живет там, где холодно

Как читать китайскую поэзию

Как русские авангардисты строили музей

Как революция изменила русскую литературу

Главные философские вопросы. Сезон 2: Кто такой Бог?

Композитор Владимир Мартынов о музыке — слышимой и неслышимой

Криминология: как изучают преступность и преступников

Открывая Россию: Байкало-Амурская магистраль

Введение в гендерные исследования

Документальное кино между вымыслом и реальностью

Из чего состоит мир «Игры престолов» (18+)

Как мы чувствуем архитектуру

Американская литература XX века. Сезон 2

Американская литература XX века. Сезон 1

Холокост. Истории спасения

Главные философские вопросы. Сезон 1: Что такое любовь?

У Христа за пазухой: сироты в культуре

Первый русский авангардист

Как увидеть искусство глазами его современников

История исламской культуры

История Византии в пяти кризисах

История Великобритании в «Аббатстве Даунтон» (18+)

Поэзия как политика. XIX век

Особенности национальных эмоций

Русская литература XX века. Сезон 6

10 секретов «Евгения Онегина»

Зачем нужны паспорт, ФИО, подпись и фото на документы

История завоевания Кавказа

Ученые не против поп-культуры

Приключения Моне, Матисса и Пикассо в России

Что такое современный танец

Как железные дороги изменили русскую жизнь

Франция эпохи Сартра, Годара и Брижит Бардо

Россия и Америка: история отношений

Как придумать свою историю

Россия глазами иностранцев

История православной культуры

Русская литература XX века. Сезон 5

Как читать русскую литературу

Блеск и нищета Российской империи

Жанна д’Арк: история мифа

Любовь при Екатерине Великой

Русская литература XX века. Сезон 4

Социология как наука о здравом смысле

Русское военное искусство

Закон и порядок

в России XVIII века

Как слушать

классическую музыку

Русская литература XX века. Сезон 3

Повседневная жизнь Парижа

Русская литература XX века. Сезон 2

Рождение, любовь и смерть русских князей

Петербург

накануне революции

«Доктор Живаго»

Бориса Пастернака

Русская литература XX века. Сезон 1

Архитектура как средство коммуникации

Генеалогия русского патриотизма

Несоветская философия в СССР

Преступление и наказание в Средние века

Как понимать живопись XIX века

Греческий проект

Екатерины Великой

Правда и вымыслы о цыганах

Исторические подделки и подлинники

Театр английского Возрождения

Загадки «Повести временных лет»

Дело о Велимире Хлебникове

Пророк Заратустра и его религия: что надо знать

Новая литература в новой стране: о чем писали в раннем СССР

Краткая история феминизма

Марсель Пруст в поисках потерянного времени

Как жили первобытные люди

Дадаизм — это всё или ничего?

Третьяковка после Третьякова

«Народная воля»: первые русские террористы

Скандинавия эпохи викингов

Портрет художника эпохи СССР

Языки архитектуры XX века

Английская литература XX века. Сезон 2

Ощупывая
северо-западного
слона (18+)

Трудовые будни героев Пушкина, Лермонтова, Гоголя и Грибоедова

Взлет и падение Новгородской республики

История русской эмиграции

Остап Бендер: история главного советского плута

Найман читает «Рассказы о Анне Ахматовой»

Главные идеи Карла Маркса

Олег Григорьев читает свои стихи

История торговли в России

Жак Лакан и его психоанализ

Мир средневекового человека

Репортажи с фронтов Первой мировой

Главные философские вопросы. Сезон 8: Где добро, а где зло?

Веничка Ерофеев между Москвой и Петушками (18+)

Как жили обыкновенные люди и императоры в Древнем Риме

Немецкая музыка от хора до хардкора

Главные философские вопросы. Сезон 7: Почему нам так много нужно?

Главные философские вопросы. Сезон 6: Зачем нам природа?

История московской архитектуры. От Василия Темного до наших дней

Берлинская стена. От строительства до падения

Нелли Морозова. «Мое пристрастие к Диккенсу». Аудиокнига

Польское кино: визитные карточки

Зигмунд Фрейд и искусство толкования

«Эй, касатка, выйди в садик»: песни Виктора Коваля и Андрея Липского

Английская литература XX века. Сезон 1

Культурные коды экономики: почему страны живут

по-разному

Главные философские вопросы. Сезон 5: Что такое страсть?

Золотая клетка. Переделкино

в 1930–50-е годы

Как исполнять музыку на исторических инструментах

Как Оптина пустынь стала главным русским монастырем

Как гадают ханты, староверы, японцы и дети

Последние Романовы: от Александра I до Николая II

Отвечают сирийские мистики

Как читать любимые книги по-новому

Как жили обыкновенные люди в Древней Греции

Путешествие еды по литературе

Стругацкие: от НИИЧАВО к Зоне

Легенды и мифы советской космонавтики

Гитлер и немцы: как так вышло

Как Марк Шагал стал всемирным художником

«Безутешное счастье»: рассказы о стихотворениях Григория Дашевского

Лесков и его чудные герои

Культура Японии в пяти предметах

5 историй о волшебных помощниках

Главные философские вопросы. Сезон 4: Что есть истина?

Первопроходцы: кто открывал Сибирь и Дальний Восток

Сирийские мистики об аде, игрушках, эросе и прокрастинации

Что такое романтизм и как он изменил мир

Финляндия: визитные карточки

Как атом изменил нашу жизнь

Данте и «Божественная комедия»

Шведская литература: кого надо знать

Теории заговора: от Античности до наших дней

Зачем люди ведут дневники, а историки их читают

Помпеи до и после извержения Везувия

Народные песни русского города

Метро в истории, культуре и жизни людей

Что мы знаем об Антихристе

Джеймс Джойс и роман «Улисс»

Главные философские вопросы. Сезон 3: Существует ли свобода?

«Молодой папа»: история, искусство и Церковь в сериале (18+)

Безымянный подкаст Филиппа Дзядко

Антропология Севера: кто и как живет там, где холодно

Как читать китайскую поэзию

Как русские авангардисты строили музей

Как революция изменила русскую литературу

Главные философские вопросы. Сезон 2: Кто такой Бог?

Композитор Владимир Мартынов о музыке — слышимой и неслышимой

Криминология: как изучают преступность и преступников

Открывая Россию: Байкало-Амурская магистраль

Введение в гендерные исследования

Документальное кино между вымыслом и реальностью

Из чего состоит мир «Игры престолов» (18+)

Как мы чувствуем архитектуру

Американская литература XX века. Сезон 2

Американская литература XX века. Сезон 1

Холокост. Истории спасения

Главные философские вопросы. Сезон 1: Что такое любовь?

У Христа за пазухой: сироты в культуре

Первый русский авангардист

Как увидеть искусство глазами его современников

История исламской культуры

История Византии в пяти кризисах

История Великобритании в «Аббатстве Даунтон» (18+)

Поэзия как политика. XIX век

Особенности национальных эмоций

Русская литература XX века. Сезон 6

10 секретов «Евгения Онегина»

Зачем нужны паспорт, ФИО, подпись и фото на документы

История завоевания Кавказа

Ученые не против поп-культуры

Приключения Моне, Матисса и Пикассо в России

Что такое современный танец

Как железные дороги изменили русскую жизнь

Франция эпохи Сартра, Годара и Брижит Бардо

Россия и Америка: история отношений

Как придумать свою историю

Россия глазами иностранцев

История православной культуры

Русская литература XX века. Сезон 5

Как читать русскую литературу

Блеск и нищета Российской империи

Жанна д’Арк: история мифа

Любовь при Екатерине Великой

Русская литература XX века. Сезон 4

Социология как наука о здравом смысле

Русское военное искусство

Закон и порядок

в России XVIII века

Как слушать

классическую музыку

Русская литература XX века. Сезон 3

Повседневная жизнь Парижа

Русская литература XX века. Сезон 2

Рождение, любовь и смерть русских князей

Петербург

накануне революции

«Доктор Живаго»

Бориса Пастернака

Русская литература XX века. Сезон 1

Архитектура как средство коммуникации

Генеалогия русского патриотизма

Несоветская философия в СССР

Преступление и наказание в Средние века

Как понимать живопись XIX века

Греческий проект

Екатерины Великой

Правда и вымыслы о цыганах

Исторические подделки и подлинники

Театр английского Возрождения

Все курсы

Спецпроекты

Кандидат игрушечных наук

Детский подкаст о том, как новые материалы и необычные химические реакции помогают создавать игрушки и всё, что с ними связано

Автор среди нас

Антология современной поэзии в авторских прочтениях. Цикл фильмов Arzamas, в которых современные поэты читают свои сочинения и рассказывают о них, о себе и о времени

Господин Малибасик

Динозавры, собаки, пятое измерение и пластик: детский подкаст, в котором папа и сын разговаривают друг с другом и учеными о том, как устроен мир

Где сидит фазан?

Детский подкаст о цветах: от изготовления красок до секретов известных картин

Путеводитель по благотворительной России XIX века

27 рассказов о ночлежках, богадельнях, домах призрения и других благотворительных заведениях Российской империи

Колыбельные народов России

Пчелка золотая да натертое яблоко. Пятнадцать традиционных напевов в современном исполнении, а также их истории и комментарии фольклористов

История Юрия Лотмана

Arzamas рассказывает о жизни одного из главных

ученых-гуманитариев

XX века, публикует его ранее не выходившую статью, а также знаменитый цикл «Беседы о русской культуре»

Волшебные ключи

Какие слова открывают каменную дверь, что сказать на пороге чужого дома на Новый год и о чем стоит помнить, когда пытаешься проникнуть в сокровищницу разбойников? Тест и шесть рассказов ученых о магических паролях

Наука и смелость. Второй сезон

Детский подкаст о том, что пришлось пережить ученым, прежде чем их признали великими

«1984». Аудиоспектакль

Старший Брат смотрит на тебя! Аудиоверсия самой знаменитой антиутопии XX века — романа Джорджа Оруэлла «1984»

История Павла Грушко, поэта и переводчика, рассказанная им самим

Павел Грушко — о голоде и Сталине, оттепели и Кубе, а также о Федерико Гарсиа Лорке, Пабло Неруде и других испаноязычных поэтах

История игр за 17 минут

Видеоликбез: от шахмат и го до покемонов и видеоигр

Истории и легенды городов России

Детский аудиокурс антрополога Александра Стрепетова

Путеводитель по венгерскому кино

От эпохи немых фильмов до наших дней

Дух английской литературы

Оцифрованный архив лекций Натальи Трауберг об английской словесности с комментариями филолога Николая Эппле

Аудиогид МЦД: 28 коротких историй от Одинцова до Лобни

Первые советские автогонки, потерянная могила Малевича, чудесное возвращение лобненских чаек и другие неожиданные истории, связанные со станциями Московских центральных диаметров

Советская кибернетика в историях и картинках

Как новая наука стала важной частью советской культуры

Игра: нарядите елку

Развесьте игрушки на двух елках разного времени и узнайте их историю

Что такое экономика? Объясняем на бургерах

Детский курс Григория Баженова

Всем гусьгусь!

Мы запустили детское
приложение с лекциями,
подкастами и сказками

Открывая Россию: Нижний Новгород

Курс лекций по истории Нижнего Новгорода и подробный путеводитель по самым интересным местам города и области

Как устроен балет

О создании балета рассказывают хореограф, сценограф, художники, солистка и другие авторы «Шахерезады» на музыку Римского-Корсакова в Пермском театре оперы и балета

Железные дороги в Великую Отечественную войну

Аудиоматериалы на основе дневников, интервью и писем очевидцев c комментариями историка

Война
и жизнь

Невоенное на Великой Отечественной войне: повесть «Турдейская Манон Леско» о любви в санитарном поезде, прочитанная Наумом Клейманом, фотохроника солдатской жизни между боями и 9 песен военных лет

Фландрия: искусство, художники и музеи

Представительство Фландрии на Arzamas: видеоэкскурсии по лучшим музеям Бельгии, разборы картин фламандских гениев и первое знакомство с именами и местами, которые заслуживают, чтобы их знали все

Еврейский музей и центр толерантности

Представительство одного из лучших российских музеев — история и культура еврейского народа в видеороликах, артефактах и рассказах

Музыка в затерянных храмах

Путешествие Arzamas в Тверскую область

Подкаст «Перемотка»

Истории, основанные на старых записях из семейных архивов: аудиодневниках, звуковых посланиях или разговорах с близкими, которые сохранились только на пленке

Arzamas на диване

Новогодний марафон: любимые ролики сотрудников Arzamas

Как устроен оркестр

Рассказываем с помощью оркестра musicAeterna и Шестой симфонии Малера

Британская музыка от хора до хардкора

Все главные жанры, понятия и имена британской музыки в разговорах, объяснениях и плейлистах

Марсель Бротарс: как понять концептуалиста по его надгробию

Что значат мидии, скорлупа и пальмы в творчестве бельгийского художника и поэта

Новая Третьяковка

Русское искусство XX века в фильмах, галереях и подкастах

Видеоистория русской культуры за 25 минут

Семь эпох в семи коротких роликах

Русская литература XX века

Шесть курсов Arzamas о главных русских писателях и поэтах XX века, а также материалы о литературе на любой вкус: хрестоматии, словари, самоучители, тесты и игры

Детская комната Arzamas

Как провести время с детьми, чтобы всем было полезно и интересно: книги, музыка, мультфильмы и игры, отобранные экспертами

Аудиоархив Анри Волохонского

Коллекция записей стихов, прозы и воспоминаний одного из самых легендарных поэтов ленинградского андеграунда

1960-х

— начала

1970-х годов

История русской культуры

Суперкурс

Онлайн-университета

Arzamas об отечественной культуре от варягов до

рок-концертов

Русский язык от «гой еси» до «лол кек»

Старославянский и сленг, оканье и мат, «ѣ» и «ё», Мефодий и Розенталь — всё, что нужно знать о русском языке и его истории, в видео и подкастах

История России. XVIII век

Игры и другие материалы для школьников с методическими комментариями для учителей

Университет Arzamas. Запад и Восток: история культур

Весь мир в 20 лекциях: от китайской поэзии до Французской революции

Что такое античность

Всё, что нужно знать о Древней Греции и Риме, в двух коротких видео и семи лекциях

Как понять Россию

История России в шпаргалках, играх и странных предметах

Каникулы на Arzamas

Новогодняя игра, любимые лекции редакции и лучшие материалы 2016 года — проводим каникулы вместе

Русское искусство XX века

От Дягилева до Павленского — всё, что должен знать каждый, разложено по полочкам в лекциях и видео

Европейский университет в

Санкт-Петербурге

Один из лучших вузов страны открывает представительство на Arzamas — для всех желающих

Пушкинский

музей

Игра со старыми мастерами,

разбор импрессионистов

и состязание древностей

Стикеры Arzamas

Картинки для чатов, проверенные веками

200 лет «Арзамасу»

Как дружеское общество литераторов навсегда изменило русскую культуру и историю

XX век в курсах Arzamas

1901–1991: события, факты, цитаты

Август

Лучшие игры, шпаргалки, интервью и другие материалы из архивов Arzamas — и то, чего еще никто не видел

Идеальный телевизор

Лекции, монологи и воспоминания замечательных людей

Русская классика. Начало

Четыре легендарных московских учителя литературы рассказывают о своих любимых произведениях из школьной программы

Источник

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 лет и 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.

Исследования Пьера и Марии Кюри

Пьер и Мария Кюри

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 «бета», 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.

Исследования Э. Резерфорда

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.

Модель атома водорода. Если бы атом был равен Земле, то ядро его имело бы диаметр 60 метров.

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.

Э. Резерфорд

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, если бы атом был равным кольцу с поперечником в 5 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 рае, 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.

Взаимное превращение массы и энергии

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 возможности-освобождения энергии.

При этом легко сказать, какое количество энергии появится взамен потерянной массы, так как каждый грамм; массы соответствует 25 миллионам киловаттчасов, 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.

Опыты Резерфорда по расщеплению ядра атома

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 еше 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 ученого 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 коэфициенте 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, носит название технического, 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 стбят 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 расшепление 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 коэфициенте 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 освсюождением 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, поначалу, 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).

Атомная реакция в солнечном ядре

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, повидимому, 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 киловаттчасов, 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, изначально, применена в военном деле, представляет куда больший интерес возможность использовать ее в мирной обстановке.

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 киловаттчасов, 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 киловаттчасов в месяц. Но при ничтожной концентрации, которую имеет солнечная энергия, получаемая Землей, использование ее затруднительно. Гораздо удобнее пользоваться для нагревания электроэнергией, применяя электроплитки, 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 атмосферу нашей планеты 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.

Источник

https://ria.ru/20200716/1574321143.html

Испытание первого в мире атомного устройства (1945)

Испытание первого в мире атомного устройства (1945) – РИА Новости, 16.07.2020

Испытание первого в мире атомного устройства (1945)

16 июля 1945 года в обстановке полной секретности в пустынной местности штата Нью-Мексико, в местечке Аламогордо, США произвели первое в истории испытание… РИА Новости, 16.07.2020

2020-07-16T05:51

справки

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/07/0e/1574322940_0:563:987:1118_1920x0_80_0_0_076afa328993faea9c323d0f4a4b6764.jpg

16 июля 1945 года в обстановке полной секретности в пустынной местности штата Нью-Мексико, в местечке Аламогордо, США произвели первое в истории испытание атомного оружия. Толчком к его разработке послужила Вторая мировая война (1939-1945). Первые исследования по освоению атомной энергии начались еще в предвоенные годы в Германии, Англии и СССР, но в дальнейшем с наибольшим размахом и целенаправленностью они продолжались в США, где к исследованиям были привлечены крупнейшие ученые Европы, эмигрировавшие в Америку из оккупированных Германией стран. В 1939 году физик Альберт Эйнштейн обратился к президенту США Франклину Рузвельту с письмом, в котором обосновывал необходимость проведения в широких масштабах экспериментов по изучению возможности создания атомной бомбы. Предложение ученого было обосновано имевшейся информацией об успехах нацистской Германии в этой области. В декабре 1941 года президент США принял решение о расширении и интенсификации работ по созданию атомной бомбы под эгидой Национального комитета оборонных исследований. Летом 1942 года в результате соглашения с британским правительством военному министерству США было поручено организовать совместную деятельность специалистов обеих стран по использованию ядерной энергии в военных целях. Для этого в августе 1942 года официально был учрежден “Манхэттенский инженерный округ” инженерных войск армии США; все исследовательские группы стали работать по одному плану, который получил название “Манхэттенский проект” от нью-йоркского Манхэттена, где находится Колумбийский университет, в котором была проведена большая часть исследований на раннем этапе работ. Работы по этой теме проводились также в Калифорнийском и Чикагском университетах. Административным руководителем проекта был назначен генерал Лесли Гровс, научным – профессор Роберт Оппенгеймер, возглавлявший “сверхлабораторию” по разработке атомной бомбы, расположенную на плато Лос-Аламос в штате Нью-Мексико. К работам по проекту были привлечены огромные научные силы, промышленные, материальные и финансовые ресурсы (реально на выполнение программы было затрачено два миллиарда долларов). Он осуществлялся в условиях строжайшей секретности интернациональной группой физиков, в том числе эмигрантов из Германии и других европейских стран. В “Манхэттенском проекте” была задействована плеяда выдающихся ученых, уже имевших или получивших впоследствии всемирную известность – Эдвард Теллер, Энрико Ферми, Лео Сциллард, Джон фон Нейман и многие другие. К участию в нем в той или иной форме привлекли 125 тысяч человек. В 1943 году начались практические работы по созданию атомной бомбы на территории плато Лос-Аламос в штате Нью-Мексико, где был создан комплекс научно-исследовательских институтов в области ядерной физики, химии, биологии и др., а также в Ок-Ридже (штат Теннесси) и Хартфорде (штат Вашингтон). В рамках проекта ученые разработали конструкцию бомбы с атомным зарядом, энергия взрыва которого обусловлена цепной ядерной реакцией. К середине 1945 года были изготовлены первые три ее образца, которые отличались по виду делящегося вещества – на основе урана (U-235) или на основе плутония (Pu-239). Кроме того, у них был разный тип действия. В атомных зарядах для получения взрыва делящееся вещество может переводиться в надкритическое состояние либо путем соединения его частей (заряды пушечного или орудийного типа), либо повышением его плотности посредством взрыва обычного взрывчатого вещества (заряды имплозивного типа). К 1945 году атомное оружие пушечного типа было достаточно хорошо изучено и просчитано теоретически, а его конструкция не требовала проведения практических испытаний. В разработанной плутониевой бомбе имплозивного типа еще оставались неопределенности, поэтому требовалось провести полномасштабную проверку. Для этого и был создан один из образцов. Его испытание решили провести на полигоне, находящемся в нескольких десятках километрах от города Аламогордо, штата Нью-Мексико. Место, расположенное в пустыне Jornada Del Muerto и недалеко от авиационной базы, было выбрано из-за его изоляции, ровного грунта и отсутствия ветров. Вокруг площадки, предназначенной для испытаний, установили сложную контрольно-измерительную аппаратуру, которую опробовали 7 мая 1945 года взрывом большого количества обычных взрывчатых веществ. Подготовка продолжалась в течение мая и июня и была завершена к началу июля. Три наблюдательных бункера расположили в девяти километрах к северу, западу и югу от огневой вышки в эпицентре. Прототип плутониевой бомбы имплозивного типа, предназначенный для испытания, получил название Gadget (“Устройство”, “Штучка”). 14 июля 1945 года устройство было собрано и поднято на специально смонтированную 30-метровую металлическую башню, где на него установили детонаторы. Испытание сначала было назначено на четыре часа утра 16 июля 1945 года, но из-за дождя его перенесли. Дождь прекратился после пяти часов утра. Перед началом эксперимента в бункерах укрылись группы военнослужащих, возглавляемые учеными, которые проводили испытания на воздействие радиации. Руководство проекта наблюдало из укрытия, находившегося примерно в 32 километрах от башни. Первый в истории человечества ядерный взрыв прогремел в 5 часов 29 минут 45 секунд. Его энергия приблизительно соответствовала 20 килотонн тротила. При взрыве образовалось грибовидное облако, поднявшееся на высоту более 11 километров, башня обратилась в пар. На земле образовалась воронка диаметром 360 метров, на 700 метров вокруг нее песок превратился в стеклообразное вещество. Признаки радиоактивного заражения наблюдались на расстоянии до 160 километров от эпицентра. Успешные испытания стали началом новой эры – эры атомной энергии. Информация об удачном взрыве была передана президенту США Гарри Трумэну, находящемуся в то время в Потсдаме на переговорах о послевоенном устройстве Германии. Эти данные были доведены до премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля и главы Советского правительства Иосифа Сталина. Остальные две бомбы были сброшены 6 и 9 августа 1945 года на японские города Хиросима (урановая бомба, мощность 15 килотонн) и Нагасаки (плутониевая бомба, мощность 21 килотонн). В результате этих бомбардировок, которые должны были продемонстрировать мощь американского оружия в первую очередь Советскому Союзу, погибли около 300 тысяч человек, около 200 тысяч подверглись радиоактивному облучению. Бомбардировки не вызывались военной необходимостью, преследовались прежде всего политические цели. В настоящее время место проведения ядерного испытания мало отличается от окружающей пустыни. Оно в радиусе 500 метров ограждено металлическим забором, в центре которого расположен памятный знак. Уровень радиации в этом районе уже не угрожает здоровью, и место первого ядерного испытания регулярно посещают экскурсионные группы.Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

РИА Новости

internet-group@rian.ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

internet-group@rian.ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

internet-group@rian.ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/07/0e/1574322940_0:395:987:1135_1920x0_80_0_0_fdc1abdc8a3e1f4f3a83440ccac05c13.jpg

РИА Новости

internet-group@rian.ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

internet-group@rian.ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

справки

16 июля 1945 года в обстановке полной секретности в пустынной местности штата Нью-Мексико, в местечке Аламогордо, США произвели первое в истории испытание атомного оружия.

Толчком к его разработке послужила Вторая мировая война (1939-1945). Первые исследования по освоению атомной энергии начались еще в предвоенные годы в Германии, Англии и СССР, но в дальнейшем с наибольшим размахом и целенаправленностью они продолжались в США, где к исследованиям были привлечены крупнейшие ученые Европы, эмигрировавшие в Америку из оккупированных Германией стран. В 1939 году физик Альберт Эйнштейн обратился к президенту США Франклину Рузвельту с письмом, в котором обосновывал необходимость проведения в широких масштабах экспериментов по изучению возможности создания атомной бомбы. Предложение ученого было обосновано имевшейся информацией об успехах нацистской Германии в этой области.

В декабре 1941 года президент США принял решение о расширении и интенсификации работ по созданию атомной бомбы под эгидой Национального комитета оборонных исследований. Летом 1942 года в результате соглашения с британским правительством военному министерству США было поручено организовать совместную деятельность специалистов обеих стран по использованию ядерной энергии в военных целях.

Для этого в августе 1942 года официально был учрежден “Манхэттенский инженерный округ” инженерных войск армии США; все исследовательские группы стали работать по одному плану, который получил название “Манхэттенский проект” от нью-йоркского Манхэттена, где находится Колумбийский университет, в котором была проведена большая часть исследований на раннем этапе работ. Работы по этой теме проводились также в Калифорнийском и Чикагском университетах.

Административным руководителем проекта был назначен генерал Лесли Гровс, научным – профессор Роберт Оппенгеймер, возглавлявший “сверхлабораторию” по разработке атомной бомбы, расположенную на плато Лос-Аламос в штате Нью-Мексико.

К работам по проекту были привлечены огромные научные силы, промышленные, материальные и финансовые ресурсы (реально на выполнение программы было затрачено два миллиарда долларов).

Он осуществлялся в условиях строжайшей секретности интернациональной группой физиков, в том числе эмигрантов из Германии и других европейских стран. В “Манхэттенском проекте” была задействована плеяда выдающихся ученых, уже имевших или получивших впоследствии всемирную известность – Эдвард Теллер, Энрико Ферми, Лео Сциллард, Джон фон Нейман и многие другие. К участию в нем в той или иной форме привлекли 125 тысяч человек.

В 1943 году начались практические работы по созданию атомной бомбы на территории плато Лос-Аламос в штате Нью-Мексико, где был создан комплекс научно-исследовательских институтов в области ядерной физики, химии, биологии и др., а также в Ок-Ридже (штат Теннесси) и Хартфорде (штат Вашингтон).

В рамках проекта ученые разработали конструкцию бомбы с атомным зарядом, энергия взрыва которого обусловлена цепной ядерной реакцией.

К середине 1945 года были изготовлены первые три ее образца, которые отличались по виду делящегося вещества – на основе урана (U-235) или на основе плутония (Pu-239). Кроме того, у них был разный тип действия.

В атомных зарядах для получения взрыва делящееся вещество может переводиться в надкритическое состояние либо путем соединения его частей (заряды пушечного или орудийного типа), либо повышением его плотности посредством взрыва обычного взрывчатого вещества (заряды имплозивного типа).

К 1945 году атомное оружие пушечного типа было достаточно хорошо изучено и просчитано теоретически, а его конструкция не требовала проведения практических испытаний. В разработанной плутониевой бомбе имплозивного типа еще оставались неопределенности, поэтому требовалось провести полномасштабную проверку. Для этого и был создан один из образцов. Его испытание решили провести на полигоне, находящемся в нескольких десятках километрах от города Аламогордо, штата Нью-Мексико. Место, расположенное в пустыне Jornada Del Muerto и недалеко от авиационной базы, было выбрано из-за его изоляции, ровного грунта и отсутствия ветров.

Вокруг площадки, предназначенной для испытаний, установили сложную контрольно-измерительную аппаратуру, которую опробовали 7 мая 1945 года взрывом большого количества обычных взрывчатых веществ. Подготовка продолжалась в течение мая и июня и была завершена к началу июля. Три наблюдательных бункера расположили в девяти километрах к северу, западу и югу от огневой вышки в эпицентре.

Прототип плутониевой бомбы имплозивного типа, предназначенный для испытания, получил название Gadget (“Устройство”, “Штучка”).

14 июля 1945 года устройство было собрано и поднято на специально смонтированную 30-метровую металлическую башню, где на него установили детонаторы.

Испытание сначала было назначено на четыре часа утра 16 июля 1945 года, но из-за дождя его перенесли. Дождь прекратился после пяти часов утра. Перед началом эксперимента в бункерах укрылись группы военнослужащих, возглавляемые учеными, которые проводили испытания на воздействие радиации. Руководство проекта наблюдало из укрытия, находившегося примерно в 32 километрах от башни.

Первый в истории человечества ядерный взрыв прогремел в 5 часов 29 минут 45 секунд. Его энергия приблизительно соответствовала 20 килотонн тротила. При взрыве образовалось грибовидное облако, поднявшееся на высоту более 11 километров, башня обратилась в пар. На земле образовалась воронка диаметром 360 метров, на 700 метров вокруг нее песок превратился в стеклообразное вещество. Признаки радиоактивного заражения наблюдались на расстоянии до 160 километров от эпицентра.

Успешные испытания стали началом новой эры – эры атомной энергии. Информация об удачном взрыве была передана президенту США Гарри Трумэну, находящемуся в то время в Потсдаме на переговорах о послевоенном устройстве Германии. Эти данные были доведены до премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля и главы Советского правительства Иосифа Сталина.

Остальные две бомбы были сброшены 6 и 9 августа 1945 года на японские города Хиросима (урановая бомба, мощность 15 килотонн) и Нагасаки (плутониевая бомба, мощность 21 килотонн). В результате этих бомбардировок, которые должны были продемонстрировать мощь американского оружия в первую очередь Советскому Союзу, погибли около 300 тысяч человек, около 200 тысяч подверглись радиоактивному облучению. Бомбардировки не вызывались военной необходимостью, преследовались прежде всего политические цели.

В настоящее время место проведения ядерного испытания мало отличается от окружающей пустыни. Оно в радиусе 500 метров ограждено металлическим забором, в центре которого расположен памятный знак. Уровень радиации в этом районе уже не угрожает здоровью, и место первого ядерного испытания регулярно посещают экскурсионные группы.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Источник

Презентация на тему: Ядерная энергия: её сущность и использование в технике и технологиях

План презентации

Введение
Ядерная энергия.
История открытия ядерной энергии
Ядерный реактор: история создания, строение,
основные принципы, классификация реакторов
Сферы использования ядерной энергии
Заключение
Используемые источники

Введение

Энергетика – важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.
В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения увеличиваются энергозатраты на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д.
В настоящее время многие природные легкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой лубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса.
Однако использование ядерной энергии дает человечеству возможность избежать этого, так как результаты фундаментальных исследований физики атомного ядра позволяют отвести угрозу энергетического кризиса путем использования энергии, выделяемой при некоторых реакциях атомных ядер.

Ядерная энергия

Ядерная энергия (атомная энергия) – это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях. Атомные электростанции, вырабатывающие эту энергию, производят 13–14%
мирового производства электрической энергии.

История открытия ядерной энергии

1895 г. В.К.Рентген открывает ионизирующее излучение (X- лучи)
1896 г. А.Беккерель обнаруживает явления радиоактивности.
1898 г. М.Склодовская и П.Кюри открывают радиоактивные элементы Po (Полоний) и Ra (Радий).
1913 г. Н.Бор разрабатывает теорию строения атомов и молекул.
1932 г. Дж.Чадвик открывает нейтроны.
1939 г. О.Ган и Ф.Штрассман исследуют деление ядер U под действием медленных нейтронов.

Декабрь 1942 г. – Впервые получена самоподдерживающаяся управляемая цепная реакция деления ядер на реакторе СР-1 (Группа физиков Чикагского университета, руководитель Э.Ферми).
25 декабря 1946 г. – Первый советский реактор Ф-1 введен в критическое состояние (группа физиков и инженеров под руководством И.В.Курчатова)
1949 г. – Введен в действие первый реактор по производству Pu
27 июня 1954 г. – Вступила в строй первая в мире атомная электростанция электрической мощностью 5 МВт в Обнинске.
К началу 90-х годов в 27 странах мира работало более 430 ядерных энергетических реакторов общей мощностью ок. 340 ГВт.

История создания ядерного реактора

Энрико Ферми (1901-1954)
Курчатов И.В. (1903-1960)
1942г. в США под руководством Э.Ферми был построен первый ядерный реактор.
1946г. был запущен первый советский реактор под руководством академика И.В.Курчатова.

Конструкция реактора АЭС (упрощенно)

Основные элементы:
Активная зона с ядерным топливом и замедлителем
Отражатель нейтронов, окружающий активную зону
Теплоноситель-Система регулирования цепной реакции, в том числе аварийная защита
Радиационная защита
Система дистанционного управления
Основная характеристика реактора – его выходная мощность.
Мощность в 1 МВт – 3·1016 делений в 1 сек.
Схематическое устройство АЭС
Разрез гетерогенного реактора

Строение ядерного реактора

Коэффициент размножения нейтронов

Характеризует быстроту роста числа нейтронов и равен отношению числа нейтронов в одном каком-либо поколении цепной реакции к породившему их числу нейтронов предшествующего поколения.
k=Si/ Si-1
k<1 – Реакция затухает
k=1 – Реакция протекает стационарно
k=1.006 – Предел управляемости реакции
k>1.01 – Взрыв (для реактора на тепловых нейтронах энерговыделение будет расти в 20000 раз в секунду). Типичный для урана ход цепной реакции-

10. Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор.

Выделяют следующие типы стержней (по цели применения):
Компенсирующие стержни – компенсируют изначальный избыток
реактивности, выдвигаются по мере выгорания топлива- до 100
штук
Регулирующие стержни – для поддержания критического
состояния в любой момент времени, для остановки, пуска
реактора- несколько штук
Примечание:Выделяют следующие типы стержней (по цели
применения):
Регулирующие и компенсирующие стержни не обязательно
представляют собой различные элементы по конструктивному
оформлению
Аварийные стержни – сбрасываются под действием силы тяжести
в центральную часть активной зоны- несколько штук. Может
дополнительно сбрасываться и часть регулирующих стержней.

11. Классификация ядерных реакторов по спектру нейтронов

Реактор на тепловых нейтронах («тепловой реактор»)
Необходим замедлитель быстрых нейтронов (вода, графит, бериллий) до тепловых
энергий (доли эВ).
Небольшие потери нейтронов в замедлителе и конструкционных материалах =>
природный и слабообогащённый уран может быть использован в качестве топлива.
В мощных энергетических реакторах может использоваться уран с высоким
обогащением – до 10 %.
Необходим большой запас реактивности.
Реактор на быстрых нейтронах («быстрый реактор»)
Используются карбид урана UC, PuO2 и пр. в качестве замедлителя и замедление
нейтронов гораздо меньше (0,1-0,4 МэВ).
В качестве топлива может использоваться только высокообогащенный уран. Но
при этом эффективность использования топлива в 1.5 раз больше.
Необходим отражатель нейтронов (238U, 232Th). Они возвращают в активную зону
быстрые нейтроны с энергиями выше 0,1 МэВ. Нейтроны, захваченные ядрами 238U, 232Th,
расходуются на получение делящихся ядер 239Pu и 233U.
Выбор конструкционных материалов не ограничивается сечением поглощения, Запас
реактивности гораздо меньше.
Реактор на промежуточных нейтронах
Быстрые нейтроны перед поглощением замедляются до энергии 1-1000 эВ.
Высокая загрузка ядерного топлива по сравнению с реакторами на тепловых
нейтронах.
Невозможно осуществить расширенное воспроизводство ядерного топлива, как в
реакторе на быстрых нейтронах.

12. По размещению топлива

Гомогенные реакторы – топливо и замедлитель представляют однородную
смесь
Ядерное горючее находится в активной зоне реактора в виде
гомогенной смеси: растворы солей урана- суспензии окислов урана в
легкой и тяжелой воде- твердый замедлитель, пропитанный ураном-
расплавленные соли. Предлагались варианты гомогенных реакторов с
газообразным горючим (газообразные соединения урана) или взвесью
урановой пыли в газе.
Тепло, выделяемое в активной зоне, отводится теплоносителем (водой,
газом и т. д.), движущимся по трубам через активную зону- либо смесь
горючего с замедлителем сама служит теплоносителем,
циркулирующим через теплообменники.
Нет широкого применения (Высокая коррозия конструкционных
материалов в жидком топливе, сложность конструкции реакторов на
твердых смесях, больше загрузки слабообогащённого уранового
топлива и др.)
Гетерогенные реакторы – топливо размещается в активной зоне дискретно в
виде блоков, между которыми находится замедлитель
Основной признак – наличие тепловыделяющих элементов
(ТВЭЛов). ТВЭЛы могут иметь различную форму (стержни, пластины
и т. д.), но всегда существует четкая граница между горючим,
замедлителем, теплоносителем и т. д.
Подавляющее большинство используемых сегодня реакторов –
гетерогенные, что обусловлено их конструктивными преимуществами по
сравнению с гомогенными реакторами.

13. По характеру использования

Название
Назначение
Мощность
Экспериментальные
реакторы
Изучение различных физических величин,
значения которых необходимы для
проектирования и эксплуатации ядерных
реакторов.
~103Вт
Исследовательские
реакторы
Потоки нейтронов и γ-квантов, создаваемые в
активной зоне, используются для
исследований в области ядерной физики,
физики твердого тела, радиационной химии,
биологии, для испытания материалов,
предназначенных для работы в интенсивных
нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерных
реакторов), для производства изотопов.
<107Вт
Выделяющаяс
я энергия, как
правило, не
используется
Изотопные реакторы
Для наработки изотопов, используемых в
ядерном вооружении, например, 239Pu, и в
промышленности.
~103Вт
Энергетические
реакторы
Для получения электрической и тепловой
энергии, используемой в энергетике, при
опреснении воды, для привода силовых
установок кораблей и т. д.
До 3-5 109Вт

14. Сборка гетерогенного реактора

В гетерогенном реакторе ядерное топливо распределено в активной
зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится
замедлитель нейтронов

15. Тяжеловодный ядерный реактор

Достоинства
Меньшее сечение поглощения
нейтронов => Улучшенный
нейтронный баланс =>
Использование в качестве
топлива природного урана
Возможность создания
промышленных тяжеловодных
реакторов для производства
трития и плутония, а также
широкого спектра изотопной
продукции, в том числе и
медицинского назначения.
Недостатки
Высокая стоимость дейтерия

16. Природный ядерный реактор

В природе при условиях, подобных
искусственному реактору, могут
создаваться зоны природного
ядерного реактора.
Единственный известный природный
ядерный реактор существовал 2 млрд
лет назад в районе Окло (Габон).
Происхождение: в очень богатую жилу урановых руд попадает вода с
поверхности, которая играет роль замедлителя нейтронов. Случайный
распад запускает цепную реакцию. При активном ее ходе вода выкипает,
реакция ослабевает – саморегуляция.
Реакция продолжалась ~100000 лет. Сейчас такое невозможно из-за
истощенных природным распадом запасов урана.
Проводятся изыскания на местности с целью исследования миграции
изотопов – важно для разработки методик подземного захоронения
радиоактивных отходов.

17. Сферы использования ядерной энергии

Атомная электростанция
Схема работы атомной электростанции на двухконтурном
водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

18.

Кроме АЭС, ядерные реакторы используются:
на атомных ледоколах
на атомных подводных лодках-
при работе ядерных ракетных
двигателей (в частности на АМС).

19. Ядерная энергия в космосе

Космический зонд
«Кассини», созданный по
проекту НАСА и ЕКА,
запущен 15.10.1997 для
исследования ряда
объектов Солнечной
системы.
Выработка электроэнергии
осуществляется тремя
радиоизотопными
термоэлектрическими
генераторами: Кассини
несет на борту 30 кг 238Pu,
который, распадаясь,
выделяет тепло,
преобразуемое в
электричество

20. Космический корабль «Прометей 1»

НАСА разрабатывает ядерный реактор,
способный работать в условиях
невесомости.
Цель – электроснабжение космического
корабля «Прометей 1» по проекту
поиска жизни на спутниках Юпитера.

21. Бомба. Принцип неуправляемой ядерной реакции.

Единственная физическая необходимость – получение критической
массы для k>1.01. Разработки систем управления не требуется –
дешевле, чем АЭС.
Метод «пушки»
Два слитка урана докритических масс при объединении превышают
критическую. Степень обогащения 235U – не менее 80%.
Такого типа бомба «малыш» были сброшены на Хиросиму 06/08/45 8:15
(78-240 тыс. убитых, 140 тыс. умерло в течении 6 мес.)

22. Метод взрывного обжима

Бомба на основе плутония, который с помощью сложной
системы одновременного подрыва обычного ВВ сжимается до
сверхкритического размера.
Бомба такого типа «Толстяк» была сброшена на Нагасаки
09/08/45 11:02
(75 тыс. убитых и раненых).

23. Заключение

Энергетическая проблема – одна из важнейших проблем, которые
сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие
достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый
транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует
огромных затрат энергии.
Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую
острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет
серьезную опасность для человечества.
Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия
будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не
сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники
энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.
На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в)
наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная
энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно
надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса,
связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.Ядерная энергия – страшная и одновременно с этим прекрасная сила. При радиоактивном распаде и ядерных реакциях, протекающих в атомах, выделяется колоссальное количество энергии, которую люди пытаются использовать. Пытаются, потому что с развитием ядерной энергетики не только было сопряжено много жертв, но и катастроф (например, Чернобыльская АЭС). Тем не менее атомные электростанции по всему миру функционируют и производят порядка 15 процентов от мировой электроэнергии. Ядерные реакторы имеются в 31 стране мира. Также ядерными реакторами оснащаются корабли и подводные лодки. В любом случае отношение к ядерной энергии и вообще всему, что связано с ядерным распадом (в отличие от синтеза), ухудшается каждый год. Наступит день, когда энергия атома будет исключительно мирной.
В последних сериях сериала «Чернобыль» телекомпании HBO российские ученые открывают правду на причину произошедшего взрыва реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС, «опылившим» впоследствии радиоактивным цезием территории 17 стран Европы общей площадью 207,5 тысяч квадратных километров. Катастрофа на Чернобыльской АЭС выявила фундаментальные недостатки в реакторе РБМК-1000. Несмотря на это, сегодня 10 реакторов типа РБМК-1000 все еще работают в России. Безопасны ли они? По словам западных экспертов в ядерной физике, которые поделились своим мнением с порталом Live Science, этот вопрос остается открытым.
Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции , то для Франции, или Японии это попросту невозможно.
Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.

Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии

Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.
Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.
Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?
И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.
А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.
В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.
Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.

Масса, материя и атомная (ядерная) энергия

Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.
Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.
Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия – это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».

Масса обычного вещества

Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше – эксперимент и теория в разных видах,- но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.
С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.
Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.

Почему мы все же верим, что Е=mс2

Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.
Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.
Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. , по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу – каждой порции приписывается определенная масса.
При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:

А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу – сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
В. Масса сохраняется.

Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).

Теория относительности

Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».
Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.
Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтверждают соотношение между массой и скоростью.
На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое- оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).

Ядерные превращения

В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы- кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение – от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг – и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.
Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов – положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.

Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия

Галерея изображений, картинки, фотографии.
Ядерная энергия, энергия атома – основы, возможности, перспективы, развитие.
Интересные факты, полезная информация.
Зеленые новости – Ядерная энергия, энергия атома.
Ссылки на материалы и источники – Ядерная (Атомная) энергия.

Зависимость энергии связи, приходящейся на один нуклон, от числа нуклонов в ядре приведена на графике.
Энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон , неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре колеблется, в среднем, в пределах от 1 МэВ у лёгких ядер (дейтерий) до 8,6 МэВ, у ядер среднего веса (А≈100). У тяжёлых ядер (А≈200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер среднего веса, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение лёгких ядер в более тяжёлые ядра даёт ещё больший энергетический выигрыш в расчёте на нуклон. Так, например, реакция соединения дейтерия и трития
1 D²+ 1 T³→ 2 He 4 + 0 n 1
сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, то есть 3,5 МэВ на нуклон .

Высвобождение ядерной энергии

Известны экзотермические ядерные реакции, высвобождающие ядерную энергию.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония . Ядра делятся при попадании в них нейтрона , при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией . В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Другим способом высвобождения ядерной энергии является термоядерный синтез . При этом два ядра лёгких элементов соединяются в одно тяжёлое. Такие процессы происходят на Солнце.
Многие атомные ядра являются неустойчивыми. С течением времени часть таких ядер самопроизвольно превращаются в другие ядра, высвобождая энергию. Такое явление называют радиоактивным распадом .

Применение ядерной энергии

Энергия термоядерного синтеза применяется в водородной бомбе .

Примечания

См. также

Ссылки

Международные соглашения

Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии (Вена, 1986)
Конвенция о физической защите ядерного материала (Вена, 1979)
Венская конвенция о гражданской ответственности за ядерный ущерб
Объединённая конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и безопасности обращения с радиоактивными отходами

Литература

Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940-1980, Harper & Row.
Cooke, Stephanie (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age, Black Inc.
Cravens Gwyneth Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy. – New York: Knopf, 2007. – ISBN 0-307-26656-7
Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future?, Palgrave.
Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power, Oxford University Press.
Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations .
Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World’s Most Misunderstood Energy Source, Wiley.
Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report, German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993-1971
Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press.
Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Ядерные технологии
Инженерия
Материалы
Ядерная энергия
Ядерная медицина
Ядерное оружие

Wikimedia Foundation.2010.

Смотреть что такое Ядерная энергия в других словарях:

– (атомная энергия) внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при ядерных превращениях (ядерных реакциях). энергия связи ядра. дефект массыНуклоны (протоны и нейтроны) в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Чтобы удалить нуклон из ядра,… …
– (атомная энергия), внутр. энергия ат. ядра, выделяющаяся при ядерных превращениях. Энергия, к рую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, наз. энергией связи ядра?св. Это макс. энергия, к рая может выделиться.… … Физическая энциклопедия
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНЕРГИЯ, выделяемая в процессе ядерной реакции как результат перехода МАССЫ в энергию так, как описано в уравнении: Е=mс2 (где Е энергия, m масса, с скорость света)- оно было выведено А. ЭЙНШТЕЙНОМ в его ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.… … Научно-технический энциклопедический словарь
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ – (атомная энергия) см. () () … Большая политехническая энциклопедия
Современная энциклопедия
– (атмная энергия) внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер … Большой Энциклопедический словарь
Ядерная энергия – (атомная энергия), внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных реакциях. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер (смотри… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов (нейтронов и протонов). Выделяется в процессе радиоактивного распада или ядерных реакций деления и синтеза. Быстрое освобождение ядерной энергии… … Морской словарь

Когда немецким химикам Отто Гану и Фрицу Штрассману впервые удалось в 1938 г. расщепить ядро урана посредством нейтронного облучения, они не спешили сообщать публике о масштабах своего открытия. Эти эксперименты заложили основу использования атомной энергии — как в мирных, так и в военных целях.

Побочный продукт атомной бомбы

Отто Ган, сотрудничавший до своей эмшрации в 1938 г. с австрийским физиком Лизой Мейтнер, прекрасно сознавал, что расщепление ядра урана — неостановимая цепная реакция — означает атомную бомбу. США, сгремясь опередить Германию в создании ядерного оружия, начали Манхэттенский проект, предприятие невиданного размаха. В невадской пустыне выросли три города. Здесь работали в глубокой тайне 40 000 человек Под руководством Робсрга Оппенгеймера, «отца атомной бомбы», в рекордные сроки возникли около 40 исследовательских учреждений, лабораторий и заводов. Для добычи плутония был создан первый атомный реактор под трибуной футбольного стадиона Чикагского университета. Здесь под руководством Энрико Ферми была в 1942 г. запущена первая контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция. Для выделявшегося в результате тепла тогда еще не нашли полезного применения.

Электрическая энергия из ядерной реакции

В1954 г., в СССР была запущена первая в мире атомная электростанция. Она располагалась в Обнинске, примерно в 100 км от Москвы, и имела мощность 5 МВт. В1956 г. в английском местечке Колдер-Холл начал работу первый крупный ядерный реактор. Эта АЭС имела газовое охлаждение, обеспечивавшее относителыгую безопасность эксплуатации. Но на мировом рынке большее распространение получили разработанные в США в 1957 г. водо-водяные атомные реакторы, охлаждаемые водой под давлением. Такие станции можно строить со сравнительно низкими затратами, однако их надежность оставляет желать лучшего. На украинской атомной станции Чернобыль расплавление активной зоны реактора привело к взрыву с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду. Катастрофа, приведшая к гибели и тяжелым заболеваниям тысяч людей, повлекла за собой, особенно в Европе, многочиеленные протесты против использования атомной энергии.

1896 г.: Анри Бекерель открыл радиоактивное излучение урана.
1919 гл Эрнесту Резерфорду впервые удалось искусствешю вызвать ядерную реакцию, бомбардируя альфа-частицами атомы азота, превращавшегося при этом в кислород.
1932 г.: Джемс Чедвик обстреливая альфа-частицами атомы бериллия, открыл нейтроны.
19.38 г.: Отто Ган впервые добивается в лаборатории цепной реакции, расщепив нейтронами ядро урана.

Источник

Физические основы[править | править код]

Энергия связи[править | править код]

Деление ядер[править | править код]

Выброс ядерной энергии[править | править код]

Применение ядерной энергии[править | править код]

Вынужденное деление ядер[править | править код]

Термоядерный синтез[править | править код]

Самопроизвольный радиоактивный распад[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Международные соглашения[править | править код]

Расшифровка Рождение ядерной физики

Исследования Пьера и Марии Кюри

Исследования Э. Резерфорда

Взаимное превращение массы и энергии

Опыты Резерфорда по расщеплению ядра атома

Атомная реакция в солнечном ядре

План презентации

Введение

Ядерная энергия

История открытия ядерной энергии

История создания ядерного реактора

Конструкция реактора АЭС (упрощенно)

Строение ядерного реактора

Коэффициент размножения нейтронов

10. Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор.

11. Классификация ядерных реакторов по спектру нейтронов

12. По размещению топлива

13. По характеру использования

14. Сборка гетерогенного реактора

15. Тяжеловодный ядерный реактор

16. Природный ядерный реактор

17. Сферы использования ядерной энергии

18.

19. Ядерная энергия в космосе

20. Космический корабль «Прометей 1»

21. Бомба. Принцип неуправляемой ядерной реакции.

22. Метод взрывного обжима

23. Заключение

Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии

Масса, материя и атомная (ядерная) энергия

Масса обычного вещества

Почему мы все же верим, что Е=mс2

Теория относительности

Ядерные превращения

Аннигиляция вещества

Создание вещества

Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия

Высвобождение ядерной энергии

Применение ядерной энергии

Примечания

См. также

Ссылки

Международные соглашения

Литература

Смотреть что такое Ядерная энергия в других словарях:

Побочный продукт атомной бомбы

Электрическая энергия из ядерной реакции

Вам также может понравиться

Как найти количество символов в эксель

Как найти волченка в лесу

Как составить рекламную речь

Добавить комментарий Отменить ответ