Лев Ландау: Атом урана — новый источник энергии

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Мир уже знает о грандиозных разрушениях, которые происходят при взрыве урановой бомбы (так называемой атомной). При взрыве урана выделяется примерно в 20 миллионов раз больше энергии, чем при взрыве того же количества сильнейшего взрывчатого вещества (тринитротолуола). Легко вычислить, что атомные бомбы, которые американские самолёты сбросили над Японией, содержали не больше одного килограмма активного урана.