Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

После открытия А. Беккерелем и супругами Кюри явления радиоактивности Э. Резерфорд догадался использовать излучение, рождающееся во время этого процесса, для воздействия на атомы вещества. Наибольший интерес у физика вызвало альфа-излучение. Облучение вещества альфа-частицами вызывает в нем ядерные реакции, сопровождающиеся перерождением атомов (их распадом, превращением в новые атомы) или испусканием атомами нового излучения.

Возможность проводить ядерные реакции так, как задумано, привлекла к себе внимание ученых. В 1934 г. вслед за Резерфордом проводят опыты по бомбардировке альфа-частицами разных веществ Ирен Жолио-Кюри (дочь супругов Кюри) и ее муж Фредерик Жолио-Кюри. Они обнаруживают, что алюминий, бор и магний после облучения альфа-частицами приобретают радиоактивные свойства. Новое физическое явление называют в науке искусственной радиоактивностью. За его открытие супругам Жолио-Кюри в 1935 г. была присуждена Нобелевская премия.

В 1938 г. немецкими физиками О. Ганом и Ф. Штрасманом проводятся исследования радиоактивного деления ядер урана. Ученые наблюдают активное выделение нейтронов в ходе реакции. Тогда же Ф. Жолио-Кюри принимается за исследование деления урана. На основе открытия Гана и Штрасмана он выдвигает предположение, что в уране возможны цепные реакции. Дальнейшие работы Жолио-Кюри подтвердили справедливость этого предположения.

Рождающиеся при делении ядер урана нейтроны начинают бомбардировать соседние ядра и вызывать их деление. В результате распад атомов продолжается стихийно. Очередная группа распавшихся атомов порождает нейтроны, разрушающие еще одну группу атомов, также порождающих при распаде нейтроны. При этом выделяется колоссальное количество энергии, которая может быть использована человеком.

Цепные реакции не нуждаются в контроле, они протекают самопроизвольно. Однако этот стихийный процесс приводит к высвобождению такого количества энергии, что ее выделение происходит взрывообразно. На этом принципе основано устройство атомной бомбы. Ядерная энергетика деления развивает технологии контролируемого расщепления атома, при которых возможно получение не разрушительной, а созидательной энергии для нужд промышленности.

Первым ученым, который добился успеха, занимаясь такими исследованиями, был итальянский физик Э. Ферми. Он изучал особенности процесса искусственного деления ядер урана и, в частности, установил, как обойти границу величины критической массы. Под критической массой радиоактивного вещества понимается такое его количество, когда цепная реакция перестает быть управляемой.

В атомной энергетике достижение ядерным горючим критической массы очень опасно, поскольку реактор превращается в бомбу. Первый в мире реактор был запущен под руководством Э. Ферми в США в 1942 г. В нашей стране в 1946 г. был запущен первый в Европе атомный реактор. Его запуском ведал основатель отечественной ядерной физики И. В. Курчатов.

Термояд — сокращенное, полуофициальное название термоядерного синтеза. Энергию атомного ядра можно до бывать не только путем расщепления, но и посредством синтеза тяжелых ядер, когда рождение новых продуктов сопровождается выделением радиоактивного излучения и колоссального количества тепла. Видимо, эпоха анализа (разложения) в науке и технике безвозвратно уходит в прошлое. Ее сменяет эпоха синтеза. Человек больше не разрушает, а старательно создает из простого сложное. Мы объединяем вещества в лекарства, пластмассы, волокна, сплавы и многое другое. Теперь человеку предстоит создавать новые атомы, чтобы обеспечить себе доступ к практически безграничным источникам энергии.

Реакции синтеза атомных ядер были предсказаны рядом физиков в 1910-х гг. на основании данных изучения радиоактивного превращения элементов. Парадоксально, но термоядерный синтез был осуществлен в 1919 г., т. е. почти за 9 лет до искусственного проведения реакции радиоактивного распада. Впервые в искусственных условиях его провел Э. Резерфорд: он столкнул на большой скорости гелий с азотом и получил водород и тяжелый кислород. Спустя 5 лет ученый успешно провел в своей лаборатории синтез сверхтяжелого водорода трития из ядер тяжелого водорода дейтерия.