Б Кузнецов - Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)

Трагедия атомной бомбы

Атом - это скупой богач, который при жизни вовсе не тратит денег (энергии). Но в завещании он оставляет свое состояние двум сыновьям М' и М" с условием, что они отдадут обществу небольшую часть - меньше одной тысячной - состояния (энергии или массы). Состояние, получаемое сыновьями, таким образом, несколько меньше, чем состояние, которым владел отец (сумма масс М'+М" несколько меньше, чем масса М делящегося атома). Но часть, отдаваемая обществу, относительно небольшая, все же настолько громадна (рассматриваемая как кинетическая энергия), что она несет с собой для общества угрозу несчастья. Отвратить эту угрозу - стало самой настоятельной проблемой нашего времени.

Эйнштейн

С самого начала цивилизации вплоть до середины нашего века энергетической основой производства были процессы перегруппировки атомов химические реакции горения, освобождающие количества энергии, несопоставимо малые по сравнению с внутренней энергией тел. Начиная с первых атомных установок используются процессы, в которых выделяются количества энергии, сопоставимые с массами тел, умноженными на квадрат скорости света. Речь идет об установках мирного значения. Когда был сконструирован тепловой двигатель, в котором поршень уже с первым тактом навсегда покидал цилиндр, т.е. когда было изготовлено огнестрельное оружие, - новая эра в энергетике не началась. Она началась с первых тепловых двигателей, в которых расширение газа или пара приводило к вращению валов рабочих машин. Соответственно и атомная эра открылась не первой атомной бомбой, а первой атомной электростанцией.

Освобождение атомной энергии основано на закономерностях, открытых благодаря применению теории относительности в физике атомного ядра. В последней экспериментальные исследования показали, что масса ядра атома меньше суммы масс всех входящих в это ядро

267

частиц - протонов и нейтронов. Такая недостаточность массы ядра по сравнению с суммой масс ядерных частиц получила объяснение в атомной физике на основе найденного Эйнштейном соотношения массы и энергии. В различных ядрах частицы как бы упакованы с различной компактностью; для отрыва частицы от остальных требуется различная энергия. Энергия связи частиц в ядре меняется при переходе от одного элемента периодической системы к другому. Согласно соотношению Эйнштейна, различиям в энергии соответствуют различия в массе; масса ядра отступает в той или иной мере от точного значения суммы масс частиц, образующих ядро.

Превращения одних ядер в другие - деление тяжелых ядер или соединение легких ядер в более тяжелые - приводят к изменению "компактности" упаковки. При подобных реакциях масса получившихся ядер может быть меньше, чем масса исходных. Это уменьшение массы соответствует освобождению энергии: освободившаяся энергия равна уменьшению массы, помноженному на квадрат скорости света.

Расчеты, основанные на указанных выводах теории относительности, позволяют утверждать, что освобождение энергии происходит при ядерных реакциях в наиболее тяжелых ядрах, а также при реакциях, в которых участвуют самые легкие ядра.

Ядра наиболее тяжелых элементов (элементов с наибольшими атомными весами), стоящих в конце периодической системы Менделеева, обладают меньшей "компактностью", чем ядра средних элементов. Поэтому при переходе от тяжелых ядер к средним, иначе говоря, при делении тяжелых ядер, состоящих из большого числа протонов и нейтронов, на меньшие, энергия освобождается. Эти соотношения и описаны во взятых в качестве эпиграфа к этой главе строках Эйнштейна, посвященных скупому богачу, делящему свое состояние между сыновьями.

Напротив, у легких ядер, стоящих в самом начале системы Менделеева, выигрыш в "компактности" происходит при слиянии ядер в несколько большие. Когда ядра водорода соединяются в ядра гелия, освобождается большое количество энергии.

Таким образом, теория относительности, примененная в ядерной физике, позволила предвидеть два типа реакций: деление тяжелых ядер и соединение самых легких

268

ядер. Эти реакции выделяют энергию; ядра, получившиеся в результате таких реакций, обладают меньшей массой, чем исходные. Энергия, равная уменьшению массы, помноженному на квадрат скорости света, должна выделиться при таких реакциях в гигантских количествах. Из грамма вещества получится в сотни тысяч раз больше энергии, чем при сгорании вещества.