Олег Фейгин: Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы

Нейтрино — стабильная незаряженная частица с полуцелым спином и сверхмалой массой; отличается очень высокой проницаемостью, участвуя только в слабых и гравитационных взаимодействиях.

Нейтрон – электрически нейтральная элементарная частица, входящая наряду с протонами в состав атомных ядер. Открыт в 1932 г. Дж. Чедвиком. Нейтроны устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободные нейтроны нестабильны и распадаются на протоны, электроны и антинейтрино по схеме бета-распада. Среднее время жизни свободного нейтрона – 15,3 минуты, а период полураспада – 10,603 минуты. Из-за сильного поглощения свободных нейтронов атомными ядрами среднее время жизни нейтрона в плотном веществе не превышает сотни микросекунд.

Отсутствие у нейтронов электрического заряда приводит к тому, что они взаимодействуют непосредственно с атомными ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах. Характер и интенсивность взаимодействия пучка нейтронов с веществом существенно зависят от энергии нейтрона. Медленные нейтроны в основном упруго рассеиваются на атомных ядрах или вызывают ядерные реакции типа радиационного захвата. С участием медленных нейтронов возможны также экзотермические ядерные реакции или деление атомных ядер. Для снижения энергии нейтронов используют различные замедлители нейтронов (графит, вода и т. д.), ядра которых не поглощают нейтроны.

Для исследований строения вещества используют тепловые нейтроны, энергия которых сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в твердом теле и при рассеянии которых на монокристаллах наблюдается явление дифракции. Наличие у нейтронов магнитного дипольного момента вызывает их рассеяние на атомах и дает возможность изучать магнитную структуру материалов. Для регистрации нейтронов применяют детекторы, в материале которых нейтроны вызывают ядерные реакции, сопровождающиеся образованием регистрируемых вторичных заряженных частиц.

Нейтронные пучки используются в синтезе радионуклидов, получении трансурановых элементов, методах тонкого химического анализа, горном деле и нейтронной авторадиографии. В земной атмосфере свободные нейтроны непрерывно образуются при взаимодействии космических частиц с ядрами атомов воздуха. Эти нейтроны приводят к непрерывному образованию в атмосфере радиоактивного углерода, на чем основан радиоуглеродный метод геохронологии.

Нуклоны — частицы, входящие в состав атомных ядер – протоны и нейтроны.

Планковская длина (масштаб) – расстояние порядка 10–33 см, на котором нулевые квантовые колебания гравитационного поля полностью искажают геометрию пространства-времени.

Позитрон – самая легкая элементарная частица с положительным электрическим зарядом, являющаяся античастицей по отношению к электрону. Массы и спины позитрона и электрона равны, а их электрические заряды и магнитные моменты равны по величине и противоположны по знаку. Позитрон (как и электрон) является фермионом, относится к классу лептонов и участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях. В пустоте позитрон стабилен. Однако в веществе существует короткое время, поскольку, сталкиваясь с электроном, исчезает вместе с ним, превращаясь в два гамма-кванта. Это явление называется аннигиляцией. Существование позитрона было предсказано П. Дираком в 1931 г., а в 1932 г. К. Д. Андерсон обнаружил позитрон в космических лучах.

Протон – стабильная положительная элементарная частица, входящая в состав всех атомных ядер, одновременно являясь ядром атома самого легкого нуклида водорода – протия. Масса протона приблизительно в 1836 раз больше массы покоя электрона и немного меньше массы нейтрона. Электрический заряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона.

Число протонов в ядре атома данного химического элемента равно атомному номеру этого элемента и определяет его место в периодической системе химических элементов. Соответственно, все химические свойства простых веществ и соединений, образуемых данным элементом, связаны с числом протонов в ядре атома. Термин «протон» ввел Э. Резерфорд в начале 20-х гг. прошлого века.

Согласно классификации элементарных частиц, протон относится к адронам; он входит в класс тяжелых частиц – барионов (протон – самый легкий из барионов). Протон участвует в сильных взаимодействиях, а также во всех других фундаментальных взаимодействиях: электромагнитном, слабом и гравитационном. В сильном взаимодействии протон и нейтрон имеют идентичные свойства и рассматриваются как различные квантовые состояния одной элементарной частицы – нуклона. За счет слабых взаимодействий в радиоактивных ядрах возможно превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино, а также превращение нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Стабильность протонов позволяет использовать их как бомбардирующие частицы для осуществления ядерных реакций.