Атом и атомная энергия

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ

      В этой книге рассказывается о величайшем достижении науки — открытии способов освобождения и использования атомной энергии. Эта энергия выделяется при самопроизвольных и искусственных превращениях атомных ядер. В книге рассказывается также об атомном и водородном оружии, действие которого основано на использовании атомной энергии.
      Овладение атомной энергией — яркий пример могущества человека над силами природы, неограниченности наших познаний окружающего мира. Запасы этого вида энергии в окружающей нас природе практически не ограничены. Один килограмм любого вещества содержит в себе такой запас атомной энергии, который равен 25 миллиардам киловатт-часов электрической энергии. Это значительно превышает количество энергии, которое будет давать в течение года самая крупная гидростанция в мире — Куйбышевская ГЭС.
      Один килограмм «ядерного горючего» — урана — выделяет примерно столько же энергии, сколько выделяется при взрыве 20 000 тонн тротила. Маленький кусок такого горючего величиной со спичечную коробку дает возможность получить столько же энергии, как и 3 000 000 кубических метров горючего газа или 1250 тонн нефти!
      Освобожденная атомная энергия открывает перед человечеством исключительные возможности технического прогресса. Особенно грандиозны перспективы использования атомной энергии в мирных целях в нашем социалистическом обществе.
      Атомная энергия для промышленных целей уже сейчас может быть получена в атомных котлах. В этих установках энергия выделяется главным образом в виде теплоты. Последнюю можно использовать для приведения в движение паровой или газовой турбины, вращающей электрический генератор. Таким путем атомная энергия может быть превращена в электрическую.
      Большие возможности открываются перед транспортом. Атомный двигатель, установленный на океанском пароходе, позволит не только совершать далекие плавания без тех огромных запасов топлива, которые расходуют в настоящее время морские суда, но и значительно ускорит их ход.
      Применение атомной энергии на подводных лодках позволит осуществлять очень далекие подводные плавания.
      На железной дороге атомная энергия дает возможность строить тепловозы, способные пробегать без пополнения запасов топлива многие тысячи километров.
      Как известно, современные авиационные двигатели требуют большого расхода горючего. Поэтому при дальних и скоростных полетах необходимы большие запасы горючего; они составляют значительную долю веса самолета. По сравнению с обычным горючим вес ядерного горючего ничтожен. На работу авиационного двигателя мощностью в 6000 лошадиных сил в течение часа потребуется израсходовать только около одного грамма атомного топлива! Применение атомной энергии позволит во много раз увеличить дальность полета и повысить его скорость.
      Особенно заманчивые перспективы открывает атомная энергия перед ракетоплаванием. Чтобы улететь далеко от Земли, преодолеть ее притяжение, необходима скорость «космического корабля» не меньше 11,2 километра в секунду. Такую скорость можно получить только с помощью атомной энергии.
      Империалистические поджигатели войны стремятся использовать атомную энергию — замечательное достижение человеческого гения — как новое средство массового уничтожения людей. Этим преступным планам противостоит могучий фронт сторонников мира во всем мире. Сотни миллионов людей всех стран борются за то, чтобы атомная энергия была использована только в мирных целях. Эту борьбу возглавляет великий Советский Союз.
      Жизненные интересы человечества требуют решения проблемы запрещения атомного оружия. Сделать невозможным использование великого открытия человеческого разума — атомной энергии — для целей массового уничтожения мирного населения, разрушения больших городов — центров промышленности, культуры и науки — такова задача.
      Советский народ стремится к эффективному решению этой задачи. В нашей стране созданы все условия для всестороннего и плодотворного развития науки, достижения которой служат народу, мирному развитию производительных сил, великому делу строительства коммунизма. Под руководством Коммунистической партии и Советского правительства наши ученые успешно решают задачу — занять первое место в мировой науке. Об этом ярко свидетельствуют успехи в получении атомной энергии, достигнутые советской наукой.
      Народы нашей страны гордятся успехами советской науки, открывающей новые огромные возможности прогресса техники. Великой заслугой советских ученых является все растущее использование атомной энергии как в интересах ограждения безопасности нашей Родины, так и в мирных промышленных целях.
      В отчетном докладе ЦК партии на XIX съезде КПСС товарищ Г. М. Маленков, характеризуя работу советских ученых за послевоенное время, сказал: «Важнейшим достижением советской науки за этот период является открытие методов производства атомной энергии. Тем самым наша наука и техника ликвидировали монопольное положение США в этой области и нанесли серьёзный удар поджигателям войны, пытавшимся использовать секрет производства атомной энергии и обладание атомным оружием, как средство шантажа и запугивания других народов. Располагая реальными возможностями производства атомной энергии, Советское государство глубоко заинтересовано в том, чтобы этот новый вид энергии использовался в мирных целях, на благо народа, ибо такое использование атомной энергии безгранично расширяет власть человека над стихийными силами природы, открывает перед человечеством колоссальные возможности роста производительных сил, технического и культурного прогресса, увеличения общественного богатства».
      Советский Союз ведет упорную борьбу за» мир и требует запрещения применения атомного и водородного оружия, а также запрещения применения биологического оружия, отравляющих химических и радиоактивных веществ.
      Атомное и водородное оружие создано и имеется в нашей стране только для того, чтобы во всеоружии встретить агрессора и ответить сокрушительным ударом, если агрессор осмелится применить против нас это оружие.
      Атомное оружие — более мощное по своему поражающему действию в сравнении с другими видами оружия. Но и от него имеются простые и надежные способы защиты. Войска, хорошо подготовленные к действиям в условиях применения атомного оружия, могут успешно выполнять свои боевые задачи.
      Чтобы хорошо понять, как действует атомное оружие, что такое атомная энергия и как ее получают, необходимо познакомиться со строением мельчайших материальных частиц вещества — атомов.
     
     
      I. ЧТО ТАКОЕ АТОМ
     
      1. Невидимые частички
     
      Все окружающие нас тела состоят из мельчайших невидимых глазом частиц — атомов.
      Одним из первых ученых, высказавших эту мысль, был знаменитый философ-материалист древней Греции — Демокрит.
      Наблюдая различные явления, Демокрит пытался дать им объяснение. Вода превращается в невидимый пар и улетучивается. Как можно это объяснить? Или почему, например, мы ощущаем запахи различных цветов на далеком расстоянии? Размышляя над подобными вопросами, Демокрит пришел к убеждению, что тела только кажутся нам сплошными, на самом деле они состоят из мельчайших частиц, которые настолько малы, что увидеть их невозможно.
      Если предположить, что вода не является сплошным телом, а состоит из «водяных» частиц, то не представляет особого труда объяснить ее превращение в пар. Когда вода превращается в пар, частицы воды отрываются от ее поверхности и улетают в воздух. Легко можно объяснить и то, почему мы ощущаем запахи различных цветов: от душистых веществ, находящихся в цветах, отрываются и
      рассеиваются в воздухе отдельные невидимые частицы. Попадая в нос, эти частицы и создают ощущение запаха.
      Догадка об атомах объясняла многие явления природы, в том числе и такие, которые ранее казались сверхъестественными, происходящими с помощью божественных сил. Различные таинственные, необъяснимые природные явления оказывались естественными, легко объяснимыми.
      Этого не могла допустить церковь. Предположение о существовании атомов она объявила ересью, то есть ложным учением, за распространение которого людей жестоко преследовали. Атомы были надолго забыты.
      Но вот с XV — XVI веков постепенно оживляется и растет промышленность европейских городов. Люди начинают нуждаться в науке, которая изучает природу и объясняет ее закономерности. Ученые все чаще вспоминают догадку мыслителей прошлого и пытаются объяснять явления и закономерности природы с помощью атомов.
      В 1647 году во Франции вышла в свет книга ученого Гассенди об атомах. Автор книги писал о том, что все вещества в мире состоят из неделимых частиц — атомов. Атомы отличаются друг от друга формой, величиной и весом. Чтобы создать все многообразие окружающего мира, утверждал Гассенди, не нужно большого числа различных атомов. Из трех видов строительных материалов — кирпичей, досок и бревен — можно построить огромное число самых разнообразных домов. Так и природа может создать из нескольких десятков различных атомов многие тысячи разнообразнейших тел.
      В телах различные атомы соединяются в группы — молекулы. Молекулы отличаются друг от друга числом входящих в них атомов и «сортом» этих атомов. Нетрудно сообразить, что из нескольких десятков различных атомов можно создать огромное количество комбинаций — молекул. Но многое во взглядах Гассенди было ошибочным. Он, например, считал, что имеются особые атомы тепла, холода, вкуса и запаха.
      Более точное определение природы невидимых частиц и строения тел из этих частиц дал в XVIII веке великий русский ученый М. В. Ломоносов. Вот как он объяснял строение тел.
      Все тела состоят из мельчайших материальных частиц. Эти частицы обладают определенной массой и определенными химическими свойствами. Частицу любого тела, то есть молекулу, можно разделить на еще более мелкие частицы — атомы. Это уже самые малые частицы, на которые могут распадаться тела при химических превращениях. Атомы также обладают массой и определенными химическими свойствами.
      Молекулы бывают однородными и разнородными. Однородные молекулы состоят из одинаковых атомов, а в состав разнородных молекул входят атомы, отличные один от другого.
      Тело, состоящее ив однородных молекул, — простое. Его нельзя разложить на какие-либо другие вещества. Если же в состав вещества входят молекулы, построенные из разных атомов, то такое вещество Ломоносов называет смешанным, или, как мы теперь говорим, сложным. Химическим путем, то есть воздействием различных химических веществ, сложное тело можно разложить на несколько простых веществ.
      Наука подтвердила атомистическое учение М. В. Ломоносова. Теперь мы знаем, что все тела действительно разделяются на сложные и простые. Сложное вещество — это такое, которое удается химическим способом, разложить на простые. Например, питьевую соду, которую иначе называют двууглекислым натрием, можно разложить на углерод, водород, кислород и натрий. Вода также сложное вещество: она состоит из кислорода и водорода. Натрий, водород, кислород, углерод уже нельзя разложить на другие вещества. Это простые вещества.
      Мельчайшие частички простых веществ — это и есть атомы либо молекулы, состоящие из одинаковых атомов. Частички сложных веществ — это молекулы, построенные из разных атомов.
      Каким же путем можно убедиться в существовании мельчайших частиц вещества? Существование атомов и молекул доказывается при помощи различных специальных приборов и опытов.
      Однажды был проведен, например, такой опыт. На отполированную свинцовую пластинку была положена и прижата к ней пластинка из золота. Спустя несколько месяцев пластинки спаялись. Когда пластинки разрезали поперек, то обнаружили, что в золоте на глубине до 1 миллиметра находятся мельчайшие частички свинца, а в свинце — частички золота. Такое проникновение одного вещества в другое обычно называют диффузией.
      Чем можно объяснить диффузию мельчайших частичек золота и свинца в описанном опыте? Только одним — «зернистым» строением этих металлов. Отдельные атомы золота, находясь в движении, пробиваются между атомами свинца; в свою очередь часть атомов свинца проникает между атомами золота.
      Диффузия частичек вещества наблюдается также у жидкостей и у газов. Возьмите полстакана раствора медного купороса и влейте туда осторожно по стенке при помощи палочки немного чистой воды. Вода легче раствора купороса, поэтому она расположится отдельным слоем поверх него. Оставьте этот стакан в покое на длительное время и посмотрите, что произойдет со слоями воды и медного купороса. Оба слоя обязательно перемешаются без каких-либо видимых причин.
      Диффузия жидкостей наблюдается и в тех случаях, когда их разделяют какие-либо пористые перегородки. Так, если налить тот же медный купорос в свиной пузырь, крепко завязать его и опустить в банку с водой, то спустя некоторое время вода в банке окрасится в голубой цвет — молекулы купороса проникнут через поры пузыря наружу в чистую воду.
      Интересный опыт, доказывающий существование невидимых частичек вещества, был произведен одним физиком. Он взял толстостенный стальной цилиндр, наполнил его маслом и сжал масло под огромным давлением в несколько тысяч атмосфер. При этом, хотя сталь внешне совсем не пористое тело, масло просочилось через стенки цилиндра!
      Все эти опыты убеждают нас в том, что окружающие нас тела не сплошные, а состоят из отдельных мельчайших частиц.
      Атомно-молекулярная теория убедительно объясняет и различные закономерности, наблюдаемые в природе.
      В химии известен закон постоянства состава, который говорит о том, что всякое чистое вещество, или, говоря иначе, химическое соединение, имеет строго постоянный состав. Так, например, каким бы путем ни был получен углекислый газ, его весовой состав всегда один и тот же: в нем содержится 27,3% углерода и 72,7% кислорода. Такое постоянство хорошо объясняется с точки зрения атомно-молекулярной теории.
      Все тела в мире состоят из молекул, а молекулы строятся из атомов. Каким же путем образуются химические соединения, например углекислый газ? Очень просто. Если и углерод, и кислород, входящие в состав углекислого газа, состоят из атомов, то молекула этого газа образуется соединением одинакового числа атомов углерода и кислорода. А если это так, то где бы и как бы ни образовался углекислый газ, молекулы его всегда будут иметь один и тот же весовой состав: ведь все атомы углерода и все атомы кислорода имеют один и тот же постоянный вес, а число их в каждой молекуле углекислого газа одинаково.
      Говоря о существовании атомов и молекул, нельзя не упомянуть о постоянном движении этих частит. Только движение частиц делает понятным, например, диффузию в твердых телах и явление пахучести некоторых веществ. Только постоянно движущиеся частицы могут проникать внутрь твердого вещества или отрываться от поверхности какого-то твердого тела.
      Движение молекул можно доказать не только косвенным путем — его можно увидеть почти непосредственно. Более ста лет назад один ученый — английский ботаник Броун — наблюдал странное явление. Рассматривая под микроскопом внутреннее строение растения, он заметил, что крошечные частицы вещества, плавающие в соке растения, беспрерывно движутся во всех направлениях. Ботаник заинтересовался: может быть, это какие-то живые существа? Он решил рассмотреть под микроскопом мелкие частицы глины, также плавающие в воде. Но и эти, несомненно неживые, частицы не находились в покое: они непрерывно беспорядочно двигались. Чем меньше были частицы, тем быстрее они двигались.
      Долго рассматривал ботаник такую каплю воды. Но так и не мог дождаться, когда движение частиц прекратится. Казалось, будто их постоянно толкали какие-то невидимые силы. Правильная разгадка этого явления была найдена значительно позднее.
      Оказывается, что невидимые молекулы жидкости беспрерывно ударяются о частицы глины или другого вещества и приводят их в движение. Конечно, видимые под микроскопом частицы глины в сравнении с молекулами жидкости очень велики — они не «чувствуют» ударов отдельных молекул. Но все дело в том, что в одно и то же время о каждую частицу ударяется множество молекул и сила их ударов неодинакова с разных сторон каждой отдельной частицы. В результате таких ударов частицы вещества и мечутся в жидкости в самых различных направлениях. Сколько бы вы ни смотрели на них, вы не дождетесь того момента, когда их движение прекратится.
      Как известно, тела могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Во всех этих случаях движение молекул различно. Если это газ, то частички его находятся в беспорядочном движении, они не связаны друг с другом и стремятся разлететься в разные стороны. При этом частицы беспрерывно сталкиваются друг с другом. Газ может заполнить сколь угодно большой объем.
      В жидкости молекулы также движутся в самых различных направлениях, сталкиваются друг с другом, но здесь отдельная частичка не может совсем оторваться от других: молекулы находятся очень близко друг от друга и между ними действуют силы сцепления. Поэтому жидкость всегда имеет определенный объем, но не имеет определенной формы.
      Частицы твердого тела также не находятся в покое, но каждая частица в нем как бы привязана к определенному месту, она лишь колеблется в каком-то очень малом пространстве. Поэтому твердое тело имеет определенный объем и определенную форму.
      Движение мельчайших частиц вещества определяет многие свойства тел. Например, результатом движения невидимых частичек является теплота. Согласно современным воззрениям скорость движения частиц любого тела характеризует его температуру. Чем быстрее движутся частицы, тем теплее тело. Когда мы нагреваем какой-нибудь твердый предмет на огне, мы ускоряем колебания его частиц за счет энергии пламени. Предмет нагревается. Наоборот, при охлаждении мы замедляем эти колебания.
      Чем сильнее нагревается какое-либо тело, тем быстрее движутся его невидимые частички. Нагревание твердого тела может привести к тому, что силы сцепления не смогут уже удержать частички на своих местах. Тогда твердое тело расплавляется, превращается в жидкость.
      При нагревании жидкости молекулы отрываются от ее поверхности, образуя пар. Чем выше температура жидкости, тем больше число отрывающихся частичек.
      Когда движение частичек замедляется, мы наблюдаем превращение газа в жидкость. Охлаждая жидкость, мы превращаем ее в твердое тело. Понижая температуру, мы уменьшаем скорость движения молекул. Вот почему вода превращается в лед, если температура ее падает до нуля градусов.
      Все в мире — земля, воздух, животные, растения и сам человек — состоит, строится из мельчайших материальных частиц. Подобно пылинкам, танцующим в яркой полоске света, падающей из окна, атомы находятся в постоянном движении.
     
      2. Закон великого русского химика
     
      Огромное значение в изучении атомов и открытии способов получения атомной энергии имеет периодический закон химических элементов, объединяющий различные атомы, существующие в природе, в одну систему. Этот закон был открыт в прошлом веке великим русским ученым Д. И. Менделеевым.
      Уже давно ученые стали изучать, ив чего состоят различные природные тела. Воздействуя на них разными способами — нагреванием, кислотами, электрическим током, они старались узнать состав разнообразных тел природы. Было установлено, что подавляющее большинство окружающих нас веществ — вещества сложные; каждое из таких веществ состоит из нескольких других, более простых веществ. Убедиться в этом часто довольно нетрудно.
      Посмотрите на рис. 1 (стр. 16). В левой пробирке находится сложное вещество — окись ртути — порошок красного цвета. Правая пробирка опущена в воду.
      Начнем нагревать пробирку с окисью ртути. В другой пробирке, опрокинутой в воду, начнет собираться какой-то бесцветный газ. В то же время уже через несколько минут после нагревания пробирки с порошком на холодных стенках этой пробирки — ближе к пробке — мы увидим маленькие серебристые капельки. Это — металлическая ртуть.
      А что за газ находится в правой пробирке?
      Попробуем опустить в пробирку тлеющую лучинку. Лучинка ярко вспыхнет. Свойством поддерживать горение обладает газ кислород. Значит, в пробирке находится кислород.
      Так сложное вещество — окись ртути — простым опытом разлагается на два других вещества — на металлическую ртуть и газ кислород.
      Подобно окиси ртути разлагаются на свои составные части и другие сложные вещества, скажем вода. Пропуская через воду (в которую добавлено немного кислоты) электрический ток, можно убедиться в том, что вода состоит из двух газов — водорода и кислорода. Оба газа будут выделяться из воды в виде пузырьков. Другим опытом — сжигая водород — можно заставить водород и кислород соединиться; при этом снова образуется вода.
      Только немногие природные тела не разлагаются на другие вещества, остаются неизменными. Например, нельзя разложить на более простые вещества такие металлы, как железо и олово, свинец и медь.
      В прошлом люди думали, что все металлы могут превращаться друг в друга. Для этого нужно лишь найти секрет такого превращения. В средние века многие ученые — их называли алхимиками — долго и упорно искали этот «секрет», пытались превратить недрагоценные металлы в драгоценные, например ртуть в золото. Но сколько ни старались алхимики, им так и не удалось получить золото из ртути и других металлов.
      Теперь мы знаем причину этого. Ртуть и золото нельзя разложить химическими способами на какие-то другие вещества.
      Простыми веществами являются также водород и кислород, входящие в состав воды. Их также невозможно разложить химическим путем на какие-либо другие, более простые вещества.
      Как же образуется сложное вещество из простых веществ, скажем, окись ртути из металлической ртути и кислорода? Почему в этом сложном соединении блестящая металлическая ртуть и газообразный кислород превращаются в порошок красного цвета? Почему свойства этого нового вещества совсем другие, чем свойства ртути и кислорода?
      Причина этого заключается в том, что в окиси ртути нет простых тел — металлической ртути и газа кислорода. В этом Сложном веществе находятся атомы ртути и атомы кислорода, объединенные в молекулы окиси ртути. И эти молекулы имеют совсем другие свойства, чем атомы ртути и кислорода.
      Когда мы разлагаем окись ртути, мы тем самым разлагаем ее молекулы на атомы ртути и атомы кислорода, и тогда эти атомы снова образуют простые тела: металлическую ртуть и газообразный кислород — вещества с иными свойствами, чем окись ртути.
      Атомы разных сортов, встречающиеся в природе, являются представителями так называемых химических элементов. Химический элемент, то есть атомы какого-либо одного вида, может образовывать простое вещество, а также входить в состав различных сложных тел природы.
      Сколько же существует вокруг нас химических элементов?
      Интересна история этого вопроса!
      Много различных далеких от истины догадок было высказано в прошлом об основных веществах природы Так, более двух тысяч лет назад в древней Греции ученым Фалесом Милетским было высказано предположение, что первоначальным веществом, основой всего на земле, является вода. Все, что мы видим вокруг, произошло из воды. Другой ученый древности — Анаксимандр — считал, что весь мир построен из воздуха. Древнегреческий философ Гераклит думал, что первоосновой всего является огонь.
      Теперь мы знаем, что основные вещества вселенной — это химические элементы, которые входят в состав разнообразных тел природы. Каждому виду атома соответствует определенный химический элемент. Так, например, атомы химического элемента углерода отличаются от атомов химического элемента кислорода. Атомы урана отличны от атомов серы, кислорода и углерода и т. д.
      Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга своей массой, атомным весом.
      Атомный вес — это не абсолютный вес того или иного атома, а его относительный, сравнительный вес. Атомным весом называют число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/16 части атома кислорода. Атомные веса всех химических элементов больше единицы: атомный вес углерода, например, равен 12, кислорода — 16, серы — 32, урана — около 238 и т. д.
      Сколько же в мире разных сортов атомов, или, другими словами, разных химических элементов?
      Ответ на это и был дан Д. И. Менделеевым. Он создал систему элементов и предсказал свойства новых, еще неизвестных ни одному человеку химических элементов. Это было открытие великого закона природы.
      Закон Менделеева выражает связь между разрозненными отдельными элементами, устанавливает единство основных веществ мира, единство материи.
      Сущность закона Менделеева проста. В основу своей системы химических элементов ученый положил их наиболее общее и важное свойство — атомный вес. Отыскивая родство между различными по своим свойствам веществами, Менделеев пришел к убеждению, что свойства различных химических элементов зависят от их атомного веса, что количественная характеристика химического элемента — атомный вес этого элемента — должна быть связана с его качеством, с его свойствами.
      «Величина атомного веса определяет характер элемента», — писал он.
      Менделеев установил, что химические и физические свойства элементов связаны с атомным весом в определенной, периодической зависимости. Если все элементы расположить в ряд в порядке возрастания их атомных весов, то в этом ряду обнаруживается замечательная закономерность: свойства элементов повторяются через определенные периоды, через определенное число элементов. В этом по существу и» заключается простой, но вместе с тем глубокий смысл открытия Менделеева. Эта закономерность химических элементов открыла перед наукой необыкновенные возможности для дальнейшего, более глубокого изучения вещества.
      Наблюдая свойства элементов, заключенных в каком-либо одном периоде, Менделеев заметил и другую замечательную закономерность. Оказывается, свойства элементов одного периода отражают все многообразие свойств различных химических элементов. В начале периода стоит активный элемент с ярко выраженными металлическими свойствами. За ним следует несколько менее активный металл, уже не так похожий на типичный металл. Третий элемент еще менее похож на металл. Дальше идет элемент промежуточный между металлами и неметаллами. Следующий элемент уже не имеет свойств металла; это металлоид, но малоактивный. Идущий далее металлоид более активен — он легко вступает в химическое соединение со многими веществами. Заканчивает период самый активный и ярко выраженный металлоид.
      Найдя периодическую зависимость химических элементов от их атомного веса, Менделеев построил такую периодическую таблицу элементов, которая охватывала не только известные, но и неизвестные в то время химические элементы!
      Зная, как именно должны изменяться свойства элементов в периодах, он мог проверить правильность атомных весов у различных элементов; мало того, теперь можно было видеть, где, в каких местах таблицы нет элементов с нужными для полного периода качествами, то есть можно было научно предсказать, какие элементы должны существовать в природе, предсказать свойства этих неоткрытых веществ!
      «Каждый естественный закон, — писал Менделеев, — однако, тогда только приобретает особое научное значение, когда из него есть возможность извлекать практические, если можно так выразиться, следствия, то есть такие логические заключения, которые объясняют не объясненное еще, указывают на явления, до тех пор неизвестные, и, особенно, когда он дает возможность делать такие предсказания, которые возможно подтвердить опытом. Тогда очевидна становится польза закона и получается возможность испытать его справедливость».
      Основываясь на своем открытии, Д. И. Менделеев смело предсказал, что в природе должны существовать неизвестные химические элементы, похожие по своим свойствам на алюминий, кремний и бор.
      Великий ученый подробно описал основные химические и физические свойства этих еще не обнаруженных химических элементов, их растворимость, удельный вес, атомный вес.
      Замечательное предвидение Менделеева скоро блестяще подтвердилось. В 1875 году был открыт неизвестный дотоле химический элемент — галлий. По своим свойствам он оказался близким родственником алюминия — тем самым элементом, существование которого в природе предсказал за 6 лет до этого Менделеев! Еще через 5 лет химики открыли» новый элемент — скандий, родственник бора. И еще через 6 лет, в 1886 году, нашли родственника кремния — элемент германий.
      Великое открытие Д. И. Менделеева явилось новым подтверждением атомистической теории. «...Слава научных трудов Дмитрия Ивановича, — «писал выдающийся русский химик Н. Н. Бекетов, — для нас, русских химиков, вдвойне дорога: и как великий прогресс науки, и как национальная гордость... Периодический закон, кроме своего, так сказать, конкретного значения, имеет еще другое — научно-философское. Этот закон укрепил наши воззрения на атомистическое учение...»
      В таблице Менделеева 92 химических элемента. Все эти элементы теперь найдены или получены учеными искусственно. Из этих 92 элементов и строится все многообразие мира. Кроме того, теперь в лабораториях физиков получены новые химические элементы так называемые заурановые (подробнее о них рассказывается в нашей книжке дальше), — периодическая система продлена до 98 номера.
      Д. И. Менделеев открыл новую эпоху в развитии учения о строении вещества. Великий русский химик дал новое, диалектическое представление о химических элементах, о глубокой взаимосвязи и взаимозависимости различных атомов, существующих в мире. Ф. Энгельс назвал эту работу Менделеева научным подвигом. И ныне, в свете новейших открытий, система Менделеева остается путеводной нитью для всех исследователей в области химии и физики.
     
      3. Неустойчивые атомы
     
      Периодический закон вызвал дальнейшее быстрое развитие науки о веществе, он стал могучим, незаменимым помощником ученых в изучении природы. Открытие Менделеева порождало новые, смелые (мысли. Ученые XIX века привыкли думать, что атом — это действительно «атом», то есть нечто «неделимое». Но так ли это в действительности? Чем объяснить, что свойства всех атомов изменяются так закономерно?
      О сложности строении атомов говорит сама закономерность изменения свойств химических элементов в периодической таблице. Свойства атомов периодически повторяются по мере возрастания их атомных весов так, как будто бы в строении атомов повторяются какие-то сходные черты.
      Менделеев вскоре после открытия своего замечательного закона писал о том, что объяснить закономерности, обнаруженные периодическим законом, можно, только предположив, что атомы имеют сложное строение. Он допускал возможность того, что атомы состоят из еще меньших частиц. Но он говорил, что об этом можно только предполагать, доказать это современная ему наука еще была не в силах. К этой же мысли приходили и другие, наиболее прозорливые ученые XIX века.
      Совершенно четко об этом говорил, например, знаменитый русский химик А. М. Бутлеров: «Атомы неделимы не по своей природе, а неделимы только доступными нам средствами... но могут быть разделены в новых процессах, которые будут открыты впоследствии. Такое строгое отношение к понятию об атоме вполне отвечает духу точной науки».
      О делимости атома писал Ф. Энгельс. Глубоко изучив и обобщив достижения химии и физики его времени, он развил новый, диалектический, взгляд на атом как на частицу, обладающую сложным строением. Энгельс писал, что атомы отнюдь не являются чем-то простым, не являются вообще мельчайшими известными нам частицами вещества.
      Атом неделим только при определенных условиях.
      Новый великий вопрос встал перед наукой: что таит в себе атом? Проникнуть в заветные двери атомного мира помогло неожиданное открытие, сделанное на рубеже XIX и XX веков.
      Очень интересна бывает иногда связь, казалось бы, самых различных научных открытий.
      В 1895 году немецкий ученый Рентген открыл невидимые лучи с необыкновенными свойствами: они проникают через непрозрачные для обычных лучей предметы — через человеческое тело, металлы, дерево! Под действием лучей Рентгена светятся в темноте некоторые химические вещества. Именно этим путем — действуя на экран, покрытый таким веществом, — и можно обнаружить присутствие лучей Рентгена. Действуют эти лучи и на фотопластинки. Как бы хорошо вы ни упаковали пластинки в бумагу, лучи Рентгена пройдут через упаковку и разрушат светочувствительный слой пластинки. На таких пластинках уже ничего не снимешь — после проявления они будут совершенно черными.
      Лучи Рентгена и натолкнули на новое неожиданное открытие, которое позволило проникнуть в мир атома.
      В это же время, в конце прошлого века, французский ученый Беккерель изучал свечение флюоресцирующих тел. Такие тела светятся холодным светом после того, как побывают под лучами солнца. Беккерель пытался разгадать, что представляет собой флюоресцирующий свет и как действуют лучи этого света на различные вещества. В поисках ответа он проделал множество опытов. Когда Беккерель узнал об открытии Рентгена, он решил испытать, а не проходят ли через черную бумагу, подобно лучам Рентгена, и лучи флюоресцирующих тел?
      Ученый приступил к новым опытам. Каждый день он брал какое-либо светящееся вещество, клал его на завернутую в бумагу фотопластинку и выставлял на солнце. Если лучи холодного света проходят через черную бумагу, фотопластинка будет неминуемо засвечена. Вечером в темной комнате Беккерель вскрывал пакет с фотопластинкой, проявлял ее и смотрел, как действует холодный свет.
      Самые различные флюоресцирующие вещества побывали на солнечном свету вместе с фотопластинкой, но ни одно ив этих веществ не действовало на пластинку. Лучи холодного света были бессильны перед черной бумагой.
      Однажды — это было в 1896 году — Беккерель собрался выставить на солнечный свет новое светящееся вещество и завернутую в бумагу фотопластинку. Но погода испортилась, набежали облака, скрылось солнце. Ученый решил подождать, когда выглянет солнце; фотопластинку и испытуемое вещество он положил в темный шкаф. Занявшись другими делами, Беккерель вспомнил о пластинке только спустя несколько дней. Достав ее из шкафа, ученый решил проявить пластинку, не выставляя на солнце. Ведь на ней, хотя и в темноте, лежало несколько дней испытуемое вещество.
      Когда проявление было закончено, ученый увидел, что на пластинке четко отпечаталась форма куска вещества, который лежал на ней в темном шкафу. Отпечаток был такой яркий, как будто кусок вещества был снят на фотопластинку обычным способом — фотоаппаратом.
      Вещество, давшее такой поразительный результат, содержало в себе много химического элемента урана. Проделав новые опыты, ученый убедился, что именно этот элемент испускает какие-то невидимые лучи, которые, подобно лучам Рентгена, действуют на фотопластинку.
      Исследования Беккереля продолжили ученые: полька Мария Кюри-Склодовская и ее муж, французский физик Пьер Кюри. В 1898 году, через два года после начала своей работы, они установили, что не только уран «испускает новые лучи — существует несколько таких элементов. Среди них особенно замечательным был один. Действие его лучей в миллионы раз сильнее, чем действие лучей, испускаемых ураном. Это был новый химический элемент, которому супруги Кюри дали название радий, что означает «лучистый» («радиус» — по-латыни «луч»). Так был открыт первый интенсивный радиоактивный элемент.
      Удивительны свойства этого вещества! Постоянно испуская какие-то невидимые лучи, радий всегда немного теплее окружающих тел. Он делает «находящийся вокруг него воздух хорошим проводником электричества. Для людей и животных его лучи опасны. Достаточно только на 15 — 20 секунд поднести руку к крупинке радия, и на коже спустя некоторое время образуется пятнышко, как от ожога. Более длительное облучение радием ведет к появлению открытых язв. Листья растений желтеют и сохнут от его лучей. Как и лучи Рентгена, лучи радия проникают сквозь непрозрачные для солнечного света тела. Лучи радия разлагают воду на ее составные части — водород и кислород; они изменяют природу многих веществ.
      Дальнейшее изучение лучей радиоактивных веществ привело к неожиданным результатам. Оказалось, что часть лучей этих веществ есть не что иное, как поток частиц — осколков атомов! Вылет этих частичек можно было «наблюдать воочию. Рядом с маленьким кусочком радия ставили небольшой экран, покрытый специальным веществом, светящимся под ударами летящих частиц, и на нем были видны маленькие вспышки, напоминающие собой мельчайшие звездочки. Это ударялись об экран вылетающие из кусочка радия частицы — осколки его атомов.
      Атомы — «вечные и неизменные» основы вселенной — распадались на глазах у человека!
      Так было открыто явление радиоактивности, как было названо явление распада атомов радия, урана и других найденных позднее радиоактивных элементов.
      Изучая радиоактивный распад, исследователи обнаружили, что при этом процессе возникает ряд радиоактивных элементов, которые последовательно превращаются друг в друга до тех пор, пока не образуется устойчивый, нерадиоактивный свинец.
      Радиоактивный распад происходит постепенно. Закон, по которому совершается этот распад, таков: через одинаковое для данногоэлемента время распадается половина радиоактивного вещества, в каких бы количествах мы его ни взяли. Так, например, если мы возьмем один килограмм урана, то половина его — 500 граммов — распадется через 4,5 миллиарда лет. Половина оставшегося количества урана — 250 граммов — распадется снова через 4,5 миллиарда лет и т. д.
      Время, в течение которого происходит распад половины радиоактивных атомов, было названо периодом полураспада. У разных радиоактивных веществ период полураспада оказался различным. Так, для радия он составляет 1590 лет, а для эманации радия, или радона, только 3,8 суток.
      Как ни старались ученые изменить скорость радиоактивного распада, из этого ничего не получилось. Радиоактивные вещества нагревали до красного каления, охлаждали до температуры минус 180 градусов, воздействовали электричеством и давлением, но распад происходил с той же скоростью.
      С открытием радиоактивности было разрушено старое представление о том, что атомы неделимы и неизменны.
      Владимир Ильич Ленин в своей замечательной книге «Материализм и эмпириокритицизм» указал, что новейшие достижения физики, разрушившие старое представление об атоме как неделимой и неизменной частице, приблизили нас к познанию истинной природы материи.
     
      4. Первая разведка атомного мира
     
      Трудная и увлекательная работа по изучению внутреннего строения атома началась вскоре после открытия радиоактивных веществ. Открытие радиоактивности дало в руки ученым могучее средство для этого изучения.
      Вскоре после открытия распада атомов радия было установлено, что из радия выделяются три различных вида лучей (рис. 3). Один вид излучения — альфа-лучи, или альфа-частицы (альфа — первая буква греческого алфавита) — оказался потоком тяжелых частиц с положительным электрическим зарядом. Вторая разновидность лучей радия — поток легких частиц с отрицательным электрическим зарядом — была названа бета-лучами (бета — вторая буква греческого алфавита). А третий вид излучения — гамма-лучи (гамма — третья греческая буква) — по своей природе подобен лучам Рентгена.
      Вылетающие из атомов радиоактивных веществ альфа-частицы имеют огромную скорость — до 20 тысяч километров в секунду, то есть в 10000 раз больше начальной скорости полета снарядов современных артиллерийских орудий! С такой скоростью можно долететь от Земли до Луны за 20 секунд. Масса альфа-частиц в 4 раза больше массы атома водорода.
      Эти частички-«снаряды» были использованы учеными для «бомбардировки» атомов!
      Исследователи рассчитывали на то, что при столкновении с атомом альфа-частицы либо будут влетать в атом и, подобно пуле, застревать в нем, либо разрушать его, подобно снарядам.
      Так как сама цель была невидимой, то о попаданиях и промахах при таком обстреле можно судить лишь по характеру путей «атомных снарядов».
      Чтобы следить за полетом радиоактивных частиц был придуман небольшой приборчик — спинтарископ (что значит в переводе «наблюдение искр»). Устройство его очень просто: два небольших металлических стаканчика соединены так, что могут вдвигаться друг в друга (рис.4). В дне одного из стаканчиков укреплено увеличительное стекло, через которое можно рассматривать дно другого стаканчика, покрытое сернистым цинком. Это вещество светится при ударах о него частиц, вылетающих из радиоактивных веществ. Если внутри стаканчиков поместить на кончике иглы микроскопическую крупинку радия и смотреть через лупу на экран, покрытый сернистым цинком, можно видеть, в каком месте экрана под ударами отдельных альфа-частиц вспыхивают маленькие яркие звездочки.
      Первые же опыты по обстрелу невидимых частиц вещества показали, что из атома под воздействием альфа-частиц вылетают мельчайшие частички отрицательного электричества — электроны. Эти частички были открыты учеными еще до того, как началось изучение строения атомов.
      В 80-х годах прошлого века знаменитый русский физик А. Г. Столетов изучал одно интересное явление природы — возникновение электрического тока под действием света. Установка Столетова (рис. 5) представляла собой разомкнутую электрическую цепь, в которую включены электрическая батарея и чувствительный гальванометр — прибор для измерения слабых электрических токов. На концах разрыва электрической цепи были присоединены два диска: металлическая пластинка и металлическая сетка.
      Так как между дисками имеется воздушный промежуток, то естественно, что электрического тока в цепи нет, хотя в нее и включена электрическая батарея. Цепь разомкнута.
      Однако стоит нам направить на металлическую пластинку сильный свет от электрической дуги, как стрелка гальванометра тотчас же отклонится — в цепи появится электрический ток, то есть возникает движение электрических зарядов.
      Столетов брал для своих опытов самые различные металлы — цинк, медь, алюминий, серебро, и во всех случаях он наблюдал, что под действием света в цепи его опытной установки возникал электрический ток.
      Это происходило лишь в том случае, если металлическая пластинка была соединена с отрицательным полюсом батареи, а сетка — с положительным.
      Физическое явление, изученное Столетовым, было названо фотоэлектрическим эффектом1. Как было установлено позднее, при освещении металлической пластинки из нее вылетают электроны.
      1 «Фотос» — по-гречески «свет», а латинское слово «эффект» означает «влияние», «воздействие».
      Можно удалять электроны ив металлов и другим, еще более простым способом — нагреванием. Достаточно, например, взять тонкую вольфрамовую проволочку (из этого металла делают волоски электрических лампочек), раскалить ее докрасна, и из проволочки, как из сита, «посыплются» электроны. Если около такой нити поместить положительно заряженное тело, то электроны, вылетающие из нагретой проволочки, устремятся к нему. В то же время можно убедиться, что при вылете электронов раскаленная нить приобретает положительный электрический заряд.
      Радиоактивные бета-лучи — это также лоток быстрых электронов.
      Во всех случаях электроны, как бы они ни были получены, одинаковы. Они притягиваются положительно заряженными телами, отклоняются под действием магнита при своем движении, имеют один и тот же заряд и одну и ту же массу. Масса электрона, определенная очень тонким и сложным способам, была во всех случаях равна 1/1838 доле массы самого легкого атома — атома водорода.
      Вот эти частички и вылетали из атомов при «обстреле» их альфа-частицами.
      Но если в атоме есть электроны, то в нем должны находиться и другие частицы, заряженные положительным электричеством. Ведь электроны заряжены отрицательно, а атом в целом нейтрален, то есть не имеет ни положительного, ни отрицательного заряда. Таким образом, отрицательно заряженные электроны должны быть «уравновешены» в атоме какими-то положительно заряженными частицами.
      Как же расположены в атоме его отрицательно и положительно заряженные частицы? На первых порах ученые предположили, что атом представляет собой положительно заряженную массу, в которой вкраплены маленькие отрицательно заряженные частицы — электроны (рис. 6). Однако от такой мысли очень скоро пришлось отказаться.
      Решающий опыт, изменивший такое представление об атоме, был осуществлен в лаборатории знаменитого английского физика Резерфорда в 1911 году. В этом опыте мишенью был листочек золота толщиной в одну тысячную долю миллиметра. Чтобы наблюдать полет альфа-частиц, за листочком был поставлен специальный экран, на котором были видны вспышки — удары отдельных альфа-частиц. Узкий пучок альфа-частиц, направленный на такой экран, давал на нем маленькое светлое пятно.
      Неожиданны оказались результаты первой атаки на атом. Большинство альфа-частиц пролетало через листок так, словно это было пустое пространство!
      Правда, когда на пути альфа-снарядов исследователь ставил свою маленькую мишень, картина на экране несколько менялась — светлое пятнышко немного расплывалось. Это говорило о том, что многие летящие альфа-частицы встречали на своем пути какие-то препятствия и отклонялись от своего первоначального направления. Но отклонения были не так велики, как это можно было ожидать. Только редкие «снарядики» резко изменяли направление своего полета. Некоторые из них даже отбрасывались назад (рис. 7). Однако основная масса частиц пролетала сквозь атомы золота свободно и никакого разрушения атомов при этом не было. Обстрелянные альфа-частицами, они лишь теряли один или несколько электронов и становились положительно заряженными ионами.
      Неожиданный результат опыта нельзя было бы объяснить, считая, что атом — плотная, равномерно заполненная веществом частица. Очевидно, что атом — это далеко не сплошной шарик; он не похож, скажем, на биллиардный шар. Помимо этого, можно сделать и второй вывод — внутри атома имеются какие-то препятствия, которые успевают отбрасывать в сторону многие «снаряды» даже за тот миг, в который альфа-частица пролетает сквозь атом. Что это могут быть за препятствия? Какие силы отбрасывают в сторону быстро несущуюся альфа-частицу?
      Ясно, что это силы электрического взаимодействия либо с положительно заряженными частицами атома, либо с его отрицательными частицами.
      Но мы уже знаем, что отрицательно заряженные частички атома — это электроны. Воздействовать сколько-нибудь сильно на альфа-частицу они не могут; наоборот, известно, что альфа-частицы легко выбивают электроны из атома. Значит, остается положительно заряженная часть атома. Но тогда в ней должна находиться почти вся масса атома — иначе она не смогла бы заметно отклонять пролетающие рядом тяжелые альфа-частицы.
      Помимо того, положительно заряженная масса атома должна быть сосредоточена в очень небольшом объеме, занимать в атоме лишь небольшую его часть. Об этом говорит то, что лишь редкие альфа-частицы отбрасываются мишенью назад: происходит это именно тогда, когда альфа-частица встречает на своем пути массивную положительно заряженную часть атома.
      Как же в таком случае должен выглядеть атом? А вот как: в центре атома находится маленькое атомное ядро, в нем заключен весь положительный заряд атома и почти вся его масса. Вокруг этого ядра вращаются отрицательно заряженные частички — электроны, образуя так называемые электронные оболочки атома. Электроны не улетают от ядра, так как притягиваются к нему электрическими силами, которые действуют между положительно заряженным ядром и отрицательными электронами. В то же время, вращаясь, они не могут и упасть на ядро.
      Такая модель атома, предложенная Резерфордом, получила название «планетарной» (эта модель напоминает строение нашей солнечной системы).
      Так было разрушено старое представление об атоме, как сплошном, непроницаемом шарике.
      Последующие опыты по «бомбардировке» различных атомов не только подтвердили эту картину, но и дали ученым возможность вычислить размеры атомных ядер. Оказалось, что хотя размеры ядер у различных химических элементов и отличаются несколько друг от друга, в среднем диаметр ядра в десятки тысяч раз меньше диаметра атома. Ядро занимает приблизительно
      1 / 100 000 000 000 000
      часть объема атома! И в этой части атома заключена почти вся его масса.
      Таким образом, изобразить на бумаге в точности размеры частиц атома и расстояния между ними очень трудно. Если, например, ядро атома водорода мы изобразим величиной с песчинку, то электрон этого атома надо поместить на расстоянии сотен метров от песчинки.
      «Бомбардировка» атомов альфа-частицами дала возможность определить также заряды атомных ядер у разных элементов. И тут ученые открыли еще одну замечательную тайну природы. Был установлен интересный факт — положительный заряд атомных ядер неодинаков у различных элементов: если принять заряд ядра водорода за единицу, то заряд атомного ядра серы равен 16, серебра — 47, урана — 92 и т. д.
      Что же интересного в этих цифрах? — спросите вы. Откройте страницу 14, и вам станет все ясно. Вы видите перед собой менделеевскую таблицу химических элементов. Посмотрите, под каким номером находится в таблице сера. Под номером 16, не так ли? А чему равен заряд атомного ядра серы? Также 16! Заряд атомного ядра серебра равен 47, и расположено оно под 47-м порядковым номером. Точно так же уран помещается в 92-й клетке таблицы и заряд ядер его атомов равняется 92.
      Многочисленные исследования подтвердили, что у всех элементов менделеевской таблицы положительные заряды атомных ядер элементов равны их порядковым номерам в таблице.
      Так было установлено, что главное отличие одних атомов от других — в заряде их ядер.
      И здесь нельзя не сказать еще раз о гениальной прозорливости великого русского химика. Строя свою систему элементов, Менделеев пользовался атомным весом как основой только потому, что в его время это был главный отличительный признак атомов, общий для всех элементов. Но он отнюдь не придавал атомному весу решающего значения. Куда, в какую клетку таблицы поставить тот или иной элемент, Менделеев решал, сообразуясь со всеми
      свойствами элементов. В отдельных случаях он ставил элементы не туда, куда следовало бы их поставить, если руководствоваться только их атомными весами. Так, например, было с никелем и кобальтом, иодом и теллуром.
      И вот теперь, спустя много лет, физики и химики убедились в том, что Менделеев безошибочно расположил в своей таблице все химические элементы. Такое расположение соответствует заряду ядер их атомов.
      Теперь число, выражающее величину заряда ядра, а значит и порядковый номер элемента в периодической таблице, называют числом Менделеева.
      Но ведь если заряд атомных ядер у разных элементов различен, то это означает, что у них различно и число электронов. Иначе не может быть. В целом любой атом обычно электрически нейтрален. Только иногда под воздействием каких-либо внешних причин атомы могут терять или, наоборот, приобретать один или несколько электронов. В этом случае атомы становятся электрически заряженными — положительно или отрицательно. Такие атомы называются ионами.
      Но если атом в обычных условиях нейтрален, то, зная величину заряда ядер различных элементов, мы тем самым знаем и число электронов, входящих в состав различных атомов. Положительный заряд ядра водорода мы приняли равным единице. В атоме водорода один электрон. Его отрицательный заряд равен по величине заряду ядра, то есть также единице. Значит, в атоме цинка, заряд ядра которого равняется 30, содержится 30 электронов. Электронные оболочки каждого атома золота содержат в себе 79 электронов. Вокруг ядра атома кислорода с зарядом 8 вращается 8 электронов, и т. д. Следовательно, свойства различных элементов и их положение в периодической системе определяются не только величиной заряда ядра, но и числом электронов в электронных оболочках.
      Так человек XX века проник в новый, неизвестный ранее мир — мир атома. Но с этого лишь началось необыкновенное путешествие по миру невидимок. Чем больше ученые узнавали, тем больше возникало у них вопросов. Как располагаются электроны в атомах? Как устроено и из чего состоит атомное ядро? Поиски ответов на эти вопросы привели ученых к новым открытиям, которые изменили все наши прежние взгляды на природу мельчайших частиц вещества.
     
      5. Электроны в атомах
     
      Как же располагаются в атомах электроны?
      Решить эту сложную задачу помогло изучение света.
      Уже давно было установлено, что обычный белый свет, идущий к нам от Солнца или излучаемый каким-либо искусственным источником, — свет сложный. Он состоит ив самых различных цветных лучей. Среди этих лучей принято выделять красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые лучи. Мы часто видим эти цвета в природных явлениях, например в радуге. Белый солнечный свет разлагается в дождевых каплях на свои составные части — отдельные цветные лучи.
      Такое, разложение света можно получить и у себя в комнате. Пропустите луч белого света через стеклянную призму: свет преломится и распадется на свои составные цвета — спектр (рис. 8). Объясняется это тем, что различные цветные лучи преломляются в призме по-разному — одни больше, другие меньше.
      В середине прошлого века, «незадолго до открытия Менделеева, ученые, изучая спектры света, идущего от различных источников, установили один замечательный факт. Пока свет идет от какого-либо раскаленного и благодаря этому светящегося тела, твердого или жидкого, спектр этого света всегда одинаков и подобен спектру солнечных лучей. Какое бы тело ни было взято, спектр его сплошной, цветные лучи следуют друг за другом в одном и том же порядке.
      Но стоит превратить какое-то твердое или жидкое тело в раскаленные газы, и свет, испускаемый этими газами, начинает давать уже совсем иной, так называемый линейчатый спектр. Такой спектр состоит из цветных линий, разделенных темными промежутками.
      Самым интересным в этом открытии было то, что каждый химический элемент, входящий в состав раскаленного газа, дает свой собственный, отличный от всех других, линейчатый спектр. Так, например, пары калия дают спектр, состоящий из красной и фиолетовой линий; в спектре водорода три характерные линии: красная, зелено-голубая и синяя.
      Эти свойства света дали возможность применить в химическом исследовании веществ новый замечательный способ, названный спектральным анализом. Спектральный анализ помог в открытии ряда новых химических элементов. В частности, именно таким путем был открыт галлий.
      Изучение спектров атомов дало в руки исследователей незаменимое средство для изучения внутреннего строения этих материальных частиц. Ведь свет рождается в веществе, в его атомах. Ясно, что спектр каждого атома тесно связан с его внутренним строением.
      Еще в прошлом веке было установлено, что свет представляет собой особого рода волнообразный процесс. Это — так называемые электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Для наглядности их можно сравнить с волнами на воде. Как на воде отдельные частички ее не передвигаются вместе с волной, а лишь колеблются вверх и вниз, образуя таким образом гребни и впадины волн и передавая эго колебательное движение дальше, так и в случае электромагнитных волн в каждой точке пространства происходит как бы волнообразное изменение электромагнитного состояния с образованием «гребней» и «впадин», приводящее к передаче энергии от одной точки пространства к другой.
      Кроме видимых цветных лучей, в солнечном свете есть еще и невидимые: ультрафиолетовые лучи, «которые летом дают нашей коже загар, и инфракрасные лучи, с помощью которых можно зажечь через лупу бумагу или сухую деревянную палочку. Известны также радиоволны, которые переносят слова и музыку с далекой радиостанции в комнатный репродуктор, и лучи Рентгена, с помощью которых можно видеть, например, внутренние органы человека.
      Ученые установили, что все это также не что иное, как электромагнитные волны.
      Но чем же в таком случае отличаются различные лучи друг от друга, например синие — от зеленых, видимый свет — от невидимого, красные лучи — от инфракрасных, лучи Рентгена — от радиоволн, если все это электромагнитные волны?
      Ответ на этот вопрос очень прост: различные электромагнитные волны отличаются друг от друга своей длиной (длиной волны называют расстояние между соседними «гребнями» или «впадинами» одной и той же волны).
      Электромагнитные волны видимого света имеют длину от 4000 до 7000 ангстрем1.
      1 Ангстрем = 1/100 000 000 см.
      При этом, например, волны длиной от 6000 до 7000 ангстрем воспринимаются нами как красный цвет, волны длиной в 5000 ангстрем — как зеленый цвет и т. д.
      Если длина электромагнитной волны меньше 4000 ангстрем, наш глаз ее уже не воспринимает. Это ультрафиолетовые лучи. Лучи Рентгена — те же электромагнитные волны, только длина их во много раз меньше длины волны ультрафиолетовых лучей.
      С другой стороны, волны длиной от 7000 ангстрем и до нескольких миллиметров — это невидимое инфракрасное излучение. А длина электромагнитных волн, используемых в радиовещании и телевидении, — от нескольких десятков сантиметров до одного-двух километров.
      Однако представление о свете как только о волнах «недостаточно; оно не отражает всех свойств света. Как теперь твердо установлено, испускание и поглощение света атомами происходят не непрерывно, а отдельными порциями, которые называются квантами.
      Существует определенная зависимость между энергией кванта и длиной волны. Чем длиннее волна, тем меньше энергия присущего ей кванта. Квант красного излучения, с длиной волны в 7000 ангстрем, несет меньшую энергию, чем, скажем, квант синего света, длина волны которого составляет около 4000 ангстрем.
      Электромагнитные волны порождаются колеблющимися электрическими зарядами. Вращаясь вокруг ядра, электроны также должны испускать кванты электромагнитной энергии. Но здесь мы неожиданно сталкиваемся с противоречиями. Вращающийся электрон излучает свет, теряя энергию, уносимую квантами света. При этом каждый из электронов, заключенных в атоме, должен неизбежно приближаться к ядру, пока, исчерпав все свои энергетические запасы, не упадет на него. Атом должен перестать существовать. Чтобы отдать таким путем всю свою энергию электрону, достаточно всего нескольких миллионных долей секунды.
      В действительности атомы вполне устойчивы. Излучают свет они лишь при определенных условиях, и каждый атом дает свой особый, всегда определенный спектр. Каждая линия такого линейчатого спектра принадлежит свету с определенной длиной волны. Атом каждого химического элемента излучает отличный от всех других «набор» электромагнитных излучений разных длин волн, говоря иначе, атомы разных химических элементов излучают набор не любых, а вполне определенных квантов, энергия которых всегда строго определенна. И набор этот у разных атомов всегда различен.
      Но этот факт, подтверждаемый опытом, также не согласуется с нашим заключением о том, что электроны вращаются вокруг ядра атома. И вот почему. При приближении электрона к ядру число его оборотов вокруг ядра должно непрерывно возрастать, а это значит, что будет непрерывно изменяться длина волны излучения, рождающегося в атоме, и никакого определенного линейчатого спектрa у атомов не может быть: у всех атомов должен быть один и тот же сплошной спектр.
      Какой же выход нашли ученые из этих противоречий? В чем секрет устойчивости атомов? Мы знаем, что вещество излучает свет только при определенных условиях. Например, это бывает, когда тело нагрето до высокой температуры. Нагревая тело, мы увеличиваем энергию его атомов, или, как говорят физики, возбуждаем их. При этом атомы и испускают свет в виде фотонов.
      Таким образом, излучения в атомах связаны, как видно, не с обычным, «нормальным» движением электронов, а с какими-то процессами, происходящими в атоме при его возбуждении.
      В 1913 году датский физик Бор, приняв за основу ядерную модель атома, дал более подробную картину строения атома, его электронных оболочек. Эта картина объясняла, каким образом в атоме происходит поглощение и излучение квантов света.
      Бор предположил, что электроны не могут вращаться вокруг ядра по любой, произвольной орбите. Для каждого электрона в атоме существуют только некоторые, вполне определенные орбиты, «разрешенные» законами, действующими в атомном мире.
      Чем дальше от ядра находится электрон, тем большим запасом энергии он обладает. Двигаясь по «разрешенной» орбите, электрон ничего не излучает. Он отдает свою энергию только при переходах с одной орбиты на другую — с более удаленной на более близкую к ядру. А такие «прыжки» и происходят как раз после возбуждения атома.
      Каждую «разрешенную» орбиту можно определить, то есть вычислить, на каком расстоянии от ядра находится и может находиться тот или другой электрон. Например, единственный электрон в невозбужденном атоме водорода движется по орбите, на которой его положение очень устойчиво. Это самая ближайшая из «разрешенных» орбит к ядру. В таком состоянии атом не излучает. Он находится в невозбужденном состоянии, обладая определенным, нормальным запасом энергии. При любых ударах, недостаточно сильных для того, чтобы возбудить атом водорода, его электрон остается на своей орбите; с атомом ничего не происходит.
      Но вот атом водорода, столкнувшись с другим атомом, с ионом или с быстро летящим электроном, поглощает квант энергии: энергетический запас атома увеличивается и он приходит в возбужденное состояние. Энергия электрона увеличивается, и электрон совершает «прыжок» со своей постоянной орбиты на другую орбиту, более удаленную от ядра. На ней он находится, однако, лишь мгновение. Электрон тут же отдает свой излишек энергии в виде кванта света и возвращается в свое нормальное, невозбужденное состояние.
      В зависимости от характера «прыжка» электрон излучает определенный квант света, или, другими словами, определенную длину световой волны. Так, если электрон в атоме водорода переходит с третьей от ядра орбиты на вторую, он испускает квант красного света. «Прыжок» с четвертой орбиты на вторую дает зелено-синий свет, а с пятой на вторую — синий.
      Каждому «скачку» электрона с более удаленной орбиты на более близкую соответствует в спектре своя линия излучения. Таким образом, изучая спектры атомов при возбуждении, можно узнавать о том, чему равна энергия того или другого атомного электрона, как она изменяется при «перескоках» его с одной орбиты на другую, а отсюда находить, каковы возможные скорости этих частиц в атомах, на Каком расстоянии от ядра находятся электроны и т. д.
      Исследователи нового мира подробно изучили, как возбуждаются атомы различных химических элементов; они изменяли условия эксперимента, действовали на атомы высоким давлением, магнитными) и электрическими силами, ионизировали их, и все время наблюдали, что при этом делается со спектром атома, как он изменяется. И отсюда решали, как расположены в атоме его электроны, какие изменения они претерпевают при возбуждении.
      Раскрыть строение электронных оболочек атома ученым помогла «электронная пушка» — пушка, стреляющая электронами. Она была использована для возбуждения атомов. Источником «снарядов» — электронов в ней является маленькая металлическая проволочка, накаливаемая электрическим током. Прибор устроен так, что потоком электронов можно управлять, изменять их путь уменьшать или увеличивать их скорость.
      В результате многочисленных опытов и расчетов было твердо установлено, что электроны располагаются в атоме не на одном расстоянии от ядра, а как бы по слоям. При этом в каждом слое, в каждой электронной оболочке может находиться лишь определенное число электронов. Так, в первом, ближайшем к ядру атома, слое может располагаться не более двух электронов, во втором — не более восьми электронов, в третьем — до восемнадцати, в четвертом слое могут разместиться целых 32 электрона и т. д. В атомах с большим атомным весом число электронных слоев достигает семи. В науке их принято обозначать латинскими буквами: слой К, слой L, слой М, слой N и т. д. (см. стр.15).
      В качестве примера возьмем атомы кислорода и натрия. Заряд ядра кислорода равен 8. Его восемь электронов располагаются в двух первых слоях: 2 — в первом (слой К) и 6 — во втором (слой L). Второй электронный слой у кислорода остается таким образом как бы незавершенным: в нем может уместиться еще 2 электрона. Заряд ядра атома натрия равен 11. Его одиннадцать электронов располагаются уже в трех электронных слоях: 2 — в первом, 8 — во втором и 1 — в третьем.
      Обычно в следующем слое электроны могут находиться только тогда, когда предыдущий слой заполнен. Чем дальше от ядра находится электрон, тем больше его энергия.
      Изучение электронного строения атомов показало, что теория Бора дает также лишь приближенную картину атомного мира. Эта теория хорошо объясняет только строение (простейшего атома — атома водорода. Как показали исследования, нельзя считать, что электроны в атоме движутся по определенным орбитам. Правильнее говорить о нескольких оболочках, в которых располагаются окружающие ядро электроны.
      Такую, более точную, картину движения электронов в атомах дает нам новая наука — квантовая механика, которая возникла в результате изучения строения атомов. Мы не можем проследить путь электрона вокруг ядра. Нельзя представлять себе эти частички как маленькие шарики, разместившиеся вокруг ядра, подобно фигуркам на карусели.
      Электрон, как и другие элементарные частицы, ведет себя не так, как частицы, видимые глазом. Движение этих частиц подчиняется особым законам — квантово-механическим, а не обычной механике, по законам которой движется, скажем, пуля или брошенный камень. Причина этого заключается в том, что сама природа микрочастиц двойственна, она внутренне противоречива. Подобно «атомам света» — фотонам, электроны, альфа-частицы, да и сами атомы обладают не только свойствами отдельных частиц, но и волновыми свойствами. Теперь это доказано неоспоримыми опытами. Например, установлено, что электроны, частицы, обладающие определенной массой, пути полета, которых тысячи раз были засняты на фотопластинки, обнаруживают волновые свойства. Это наблюдают, когда они пролетают, например, через тончайший листок золота.
      Открытие двойственной природы микрочастиц — яркий пример, подтверждающий справедливость положений диалектического материализма. Еще задолго до этого открытия В. И. Ленин, говоря об углублении наших знаний, писал: «...И если вчера это углубление не шло дальше атома, сегодня — дальше электрона, то диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна, но она бесконечно существует».
      Выяснив электронное строение атомов, ученые разгадали, от чего зависят физико-химические свойства элементов.
      Атомы, у которых целиком заполнены один (два электрона), два (десять электронов), три (двадцать восемь электронов) и более слоя, имеют наиболее завершенное, законченное строение. Таковы, например, атомы гелия — они имеют по два электрона, то есть один полный слой, или атомы неона, имеющие десять электронов — по два полных слоя. У этих химических элементов очень трудно оторвать хотя бы один электрон — силы взаимодействия между частичками здесь таковы, что любой электрон внешнего слон вырвать из атома одинаково трудно.
      В этом как раз и кроется причина того, что оба элемента — гелий и неон — не вступают в химическое соединение с другими веществами. Как известно, эти газы называют инертными, то есть бездеятельными.
      «Электронные одежды» других, химически активных элементов уже не столь завершены. Например, у металла лития два электрона располагаются в первом электронном слое, а третий находится во втором слое, дальше от ядра атома. Но этот слой может вмещать в себя до 8 электронов. Это сказывается на свойствах лития. Электрон, расположенный во втором слое, удерживается в атоме значительно слабее, чем другие. Достаточно какого-либо химического воздействия на атом лития, и он теряет свой третий электрон.
      Вот почему литий легко вступает в различные химические соединения. По той же причине этот химический элемент имеет ярко выраженные свойства металла. Ведь во всех металлах, как теперь установлено, имеется много «свободных» электронов, перемещающихся в любом куске металла среди его атомов.
      У металла натрия, имеющего 11 электронов, подобная же картина строения — он имеет два полных электронных слоя (10 электронов) и один, последний, электрон, расположенный в третьем слое. Положение последнего электрона здесь еще более неустойчивое, чем у третьего электрона лития. Ведь он располагается еще дальше от атомного ядра. Значит, он еще легче может быть оторван от своего атома.
      И натрий еще более активен при химических реакциях, чем литий.
      В электронных оболочках бериллия четыре электрона. Два из них находятся во втором слое. Эти электроны также держатся в нем непрочно. Однако отнять их от атома уже труднее, чем у лития и натрия; этим и объясняется, почему бериллий менее химически активен, чем, скажем, натрий.
     
      6. Загадка атомного ядра
     
      Мы уже рассказывали о том, что радиоактивные элементы выбрасывают лучи трех видов: альфа-частицы, быстрые электроны и гамма-лучи, подобные лучам Рентгена. На основании многих опытов и расчетов было найдено, что все три вида излучений выбрасываются атомным ядром. Значит, ядро атома — далеко не простое.
      После того как это было обнаружено, начались поиски разгадки его строения.
      Нелегкая это оказалась задача. Трудно подобраться к ядру атома. Оно подобно неприступной крепости внутри средневекового города. Все химические изменения веществ связаны с движением электронов в атомах. Атомные ядра не принимают в этом никакого участия. При любых химических превращениях с ядром ничего не случается — оно лишь переходит вместе с атомом из одного соединения в другое. Не меняется атомное ядро и при таких воздействиях, как сильное сжатие, нагревание или обработка химических соединений различными растворителями. Проникнуть внутрь очень плотного ядра, разбить его на части чрезвычайно трудно.
      Но наука успешно справляется и с такой задачей.
      Путь к этому один — надо разрушать каким-то способом атомные ядра. По этому пути и идут исследователи атомного мира. В качестве снарядов для разрушения ядра на первых порах были взяты те же, уже знакомые нам, альфа-частицы.
      Правда, меткостью таких снарядов никак нельзя было похвастать. Только крайне редко альфа-частицы попадали в ядро. Подавляющее большинство атомных снарядов пролетало мимо. Но даже и того, что попадало в цель, оказалось достаточным, чтобы делать о невидимой крепости — ядре — кое-какие уверенные выводы.
      И первый вывод был таков: в ядрах всех атомов находятся ядра самого легкого атома — водорода. Их обнаруживали при бомбардировке атомных ядер различных химических элементов.
      Как мы уже говорили, положительный заряд ядра атома водорода принят равным 1. Поэтому водородное ядро стали считать простейшей частичкой и назвали ее протоном («протон» значит «первичный»). Позднее было найдено, что протон действительно является элементарной частичкой с минимальным положительным зарядом.
      Но ядро атома не может состоять из одних протонов. Если бы это было так, то масса каждого атома была бы во столько же раз больше массы атома водорода, во сколько раз число электронов в оболочке этого атома больше числа электронов в атоме водорода.
      В атоме водорода находится один электрон, и масса атома равна массе одного протона. Значит, масса атома следующего элемента — гелия, который имеет в своей оболочке два электрона, должна быть равной массе двух протонов. В действительности мы наблюдаем другое. Масса атома гелия равна массе не 2 протонов, а 4. Азот, имеющий 7 электронов, должен иметь массу, равную массе 7 протонов. На самом деле атом азота имеет массу, равную массе не 7, а 14 протонов.
      Вывод напрашивается сам собой: в атомном ядре, помимо протонов, находятся еще какие-то другие частицы.
      Сначала было высказано предположение, что в состав ядра входят наряду с протонами электроны. При этом всегда число протонов в ядре больше, чем электронов, так, чтобы остающийся неуравновешенным положительный заряд ядра был равен отрицательному заряду всех электронов электронной оболочки. Такой взгляд на строение атомного ядра был некоторое время общепризнанным. Он подтверждался, казалось, и тем, что при самопроизвольном распаде радиоактивных веществ из них вылетают иногда электроны.
      Однако скоро ряд расчетов и соображений заставил физиков отказаться от такого объяснения устройства ядра.
      Правильное решение было найдено после того, как при опытах в 1932 году по «бомбардировке» альфа-частицами атомов бериллия была найдена новая частица, не имеющая электрического заряда. Она была названа нейтроном. Масса этой частицы оказалась почти равной мacce протона.
      Как уже говорилось, для наблюдения микрочастиц ученые применяли вначале спинтарископ. Позднее ученые нашли способ делать видимыми и сами пути полета таких частичек.
      Известно, что в воздухе, как правило, находятся водяные пары. Чем выше температура воздуха, тем большее количество ларов воды он сможет содержать. С понижением температуры избыточные водяные пары обычно превращаются в мельчайшие капельки воды, становятся видимыми. Облака, туман, утренняя роса — все это и есть как раз охладившиеся и превратившиеся в мельчайшие капельки пары воды.
      Замечено, что образование капелек воды из паров происходит легче всего вокруг пылинок, почти всегда находящихся в воздухе. Если же воздух очень чист, то сжижение водяных паров не наступает, даже если температура воздуха и сильно понижена. Однако стоит только загрязнить воздух пылью, дымом, как тут же вокруг каждой пылинки начнется образование капелек воды. Еще лучше водяные пары конденсируются, то есть сжижаются, на электрически заряженных частичках вещества. Вот это-то свойство водяных паров и используется в камере Вильсона — приборе, в котором можно воочию наблюдать полет быстро летящих заряженных частичек.
      Основная часть камеры Вильсона — небольшой закрытый цилиндрический сосуд, дно которого представляет собою как бы поршень насоса (рис. 12). Сосуд наполнен воздухом, насыщенным водяными парами. Если теперь дно-поршень камеры Вильсона быстро опустить, то воздух, находящийся в ней, расширится, давление его упадет, а вместе с этим в камере понизится и температура воздуха. Однако заряженных частичек, на которых могли бы образовываться капельки воды, в воздухе камеры нет и сжижения паров в ней не наблюдается.
      Но вот мы в камеру Вильсона направляем быстрые альфа-частицы. Они сталкиваются при своем полете с молекулами газов воздуха, находящегося в камере. При этом «пострадавшие» молекулы теряют электроны и становятся электрически заряженными — ионами — и «в этом состоянии начинают играть роль зародышей микроскопических капелек; на электрически заряженных частицах воздуха начинают образовываться из переохлажденного пара капельки воды. В результате на всем пути полета каждой такой частички образуется туманный след (рис. 13).
      Рис. 12. Вверху — упрощенная схема камеры Вильсона. Внизу — внешний вид этого прибора
      Важное значение имело предложение известного советского физика, академика Д. В. Скобельцына — поместить камеру Вильсона в поле магнитных сил. Это позволило не только видеть следы отдельных микрочастиц, но также определять скорость и знак заряда частиц.
      Другой способ наблюдения и изучения различных радиоактивных частиц был предложен и осуществлен советским ученым Л. В. Мысовским, а позднее усовершенствован А. П. Ждановым. Быстрые заряженные частицы, подобно лучам света, действуют на фотопластинку. Если такая частица пролетит через толстый светочувствительный слой специальной фотопластинки, она оставит в нем след. После проявления пластинки этот след будет иметь вид тонкой черной пунктирной линии. Следы частиц в светочувствительном слое изучаются затем под микроскопом, и по характеру следов ученые судят о скорости и других свойствах частиц. Наблюдение частиц таким способом носит название метода толстослойных пластинок.
      Современным физическим прибором, позволяющим отмечать заряженные микрочастицы, является также счетчик Гейгера-Мюллера. Устройство его просто. Обычно это — небольшая металлическая трубочка, по оси которой протянута тоненькая проволочка. Проволочка и стенки трубочки сильно заряжаются: проволочка — положительным электричеством, трубочка — отрицательным. Другими словами, сюда подается высокое электрическое напряжение.
      Когда сквозь такую трубочку, через ее стенки, пролетает электрически заряженная микрочастица, она, как и в камере Вильсона, сталкиваясь на своем пути с атомами газа, находящегося в трубочке, создает множество ионов. При этом положительные ионы устремляются к стенкам отрицательно заряженной трубочки, а выбитые из атомов электроны — к положительно заряженной проволочке. На своем пути они будут создавать новые заряды. В результате через трубочку потечет электрический ток. Таким образом, каждая пролетающая через прибор микрочастица вызывает в нем как бы «толчок» — импульс электрического тока. Если такой импульс усилить, то можно слышать короткий щелчок.
      Электрический ток течет через трубочку лишь одно мгновение — небольшую долю секунды. Когда такой ток прекращается, электроны и ионы вновь соединяются и прибор снова готов к действию.
      Однако все эти способы хороши для заряженных частиц. Нейтроны же не ионизуют встречные атомы и молекулы. Водяной пар не будет сгущаться в тех местах, где эта частица проходила. На фотопластинке также не будет ее следа. Как же можно наблюдать эту частицу?
      В этом случае нам остается лишь одно — улавливать столкновение нейтронов с ядрами атомов, находящихся в камере. Под ударами нейтронов такие ядра получают быстрое движение и как заряженные частицы обнаруживают себя туманным следом. По этому следу можно установить, как движется нейтрон. Ведь всегда можно узнать, например, как двигался и куда отскочил биллиардный шар, если известно, откуда мы ударили по нему кием, и видно, куда покатился тот шар, в который мы целились.
      Именно таким путем и были обнаружены впервые нейтроны.
      Открытие нейтрона имело большое значение для учения о составе атомного ядра. Советским ученым Д. Д. Иваненко в 1932 году была высказана правильная идея о том, что ядра атома состоят из нейтронов и протонов (рис. 14). Так, например, ядро атома гелия содержит 2 протона и 2 нейтрона. Таким образом, общая масса атома гелия равна массе 2 протонов и 2 нейтронов, a заряд его ядра- — 2 элементарным зарядам (кстати говоря, это — наиболее устойчивая комбинация из протонов и нейтронов). Ядро фосфора, имеющее заряд 15 и массу 31, построено из 16 нейтронов и 15 протонов и т. д.
      Нейтроны и протоны расположены в ядре очень тесно. Какими же силами связываются в ядре нейтроны и протоны? Может быть, это электрические силы? Но электрические силы должны вызывать отталкивание протонов друг от друга. Прочность ядра обусловлена тем, что в нем наряду с электрическими силами действуют особые, внутриядерные силы притяжения, природа, характер которых еще далеко не выяснены в подробностях. Эти силы действуют на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами одной входящей в ядро частицы.
      Ядерные силы взаимодействия огромны. Они и обеспечивают исключительную прочность атомных ядер.
     
      7. Превращение элементов
     
      «Бомбардировка» атомных ядер позволила не только выяснить их строение, узнать, из чего состоят эти «атомные крепости». Обстреливая ядра различными «снарядами», ученые наших дней пришли к замечательным открытиям.
      Когда-то, в «прошлом, алхимики безуспешно бились над задачей превращения одних элементов в другие. Эта задача была очень заманчива, так как люди старались получить из распространенных, дешевых металлов драгоценные — из свинца серебро, из ртути — золото. Однако многовековые попытки осуществить такое превращение окончились для алхимиков неудачей.
      То, что не могли сделать алхимики, осуществили физики XX века. Но прежде они изучил», как такие процессы происходят в природе.
      Речь идет о радиоактивном распаде. Как оказалось, при этом происходит именно то, чего добивались когда-то «создатели золота» — происходит превращение одних элементов в другие.
      И в этом, собственно, нет ничего неожиданного. Ведь, как мы теперь знаем, различные химические элементы отличаются друг от друга величиной заряда атомных ядер. Значит, достаточно изменить заряд ядра у атомов какого-либо химического элемента, и он превратится тем самым в другой элемент. Такие изменения и происходят при естественном распаде радиоактивных элементов. Например, атомы радия, распадаясь, превращаются в атомы тяжелого газа радона.
      Каким образом осуществляется здесь превращение элементов друг в друга? Альфа-частички, вылетающие ив радиоактивных веществ, — это не что иное, как ядра атомов гелия с массой (атомным весом) 4 и положительным зарядом 2. Таким образом, когда ив ядра атома радия, масса которого равна 226 и заряд — 88, вылетает одна альфа-частица, то очевидно, что ядро радия изменяет свою массу и заряд. Масса атома вновь образовавшегося элемента будет 222, а заряд — 86. При этом перестраивается и электронная оболочка атома, она теряет два, теперь уже лишних, электрона. Значит, это уже не атом радия. Это атом тяжелого инертного газа радона.
      Радон, как и радий, также радиоактивен.
      Сходные превращения претерпевают и другие радиоактивные элементы: торий, уран и т. д. Естественный распад радиоактивных элементов с превращением их во все новые и новые элементы заканчивается появлением свинца.
      Когда атом радиоактивного элемента излучает при своем распаде альфа-частицу, образуется новый атом, который будет иметь в периодической таблице порядковый номер на 2 единицы меньше, другими словами, он займет з таблице место на две клетки левее исходного,
      Известен также другой вид радиоактивного распада. Как мы уже говорили, при радиоактивном распаде выделяются и бета-лучи — быстро летящие электроны. Это означает, что ядра некоторых радиоактивных элементов распадаются с вылетом не альфа-частиц, а электронов. В этом случае происходит следующее: вылетающий из ядра электрон (этот электрон «рождается» в ядре в момент вылета; подробнее об этом рассказывается дальше, на стр. 58) как отрицательно заряженная частичка увеличивает положительный заряд ядра на 1. А раз изменяется заряд ядра — это опять-таки означает превращение элемента. В этом случае новый элемент занимает в таблице следующую клетку вправо. Таким путем распадается, например, элемент торий с массой 234 и зарядом 90; он превращается в элемент протактиний (масса 234, заряд 91). Ядро этого вновь образовавшегося элемента в свою очередь выбрасывает один электрон и превращается снова в уран — с массой 234 и зарядом 92.
      Но ведь атомный вес урана, как известно, равен 238. Между тем здесь, при бета-распаде, мы получаем уран с массой 234. В чем тут дело? Мы уже говорили, что химические свойства атомов какого-либо элемента определяются только зарядом их ядер. Вес же ядра решающего значения для химических свойств элемента не имеет. Таким образом, уран с массой 238 и уран с массой 234 химически неразличимы.
      Атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд, но разный вес ядра, занимают в таблице Менделеева одно и то же место; их называют изотопами («изос» — по-гречески — одинаковый, «топос» — место). Впервые с изотопами химических элементов ученые встретились еще при изучении радиоактивности: они образуются в цепочках радиоактивных превращений.
      Существование изотопов химических элементов предсказал в 1881 году А. М. Бутлеров.
      Изотопы имеются у большинства элементов как радиоактивных, так и нерадиоактивных. Число изотопов у различных элементов бывает самое различное. Медь, например (атомный вес 63,57), имеет устойчивые изотопы с атомным весом 63 и 65; ртуть имеет 7 изотопов, олово — 10.
      Именно потому, что медь, ртуть, олово имеют изотопы с разной массой, средний атомный вес природной меди, природной ртути, природного олова, представляющих собой смесь изотопов, и получается дробным. Этим обстоятельством объясняются дробные числа атомных весов и у других элементов в менделеевской таблице.
      Водород также имеет изотопы: легкий водород с массой 1 — протий и тяжелый водород с массой 2 — дейтерий (искусственно получают также тритий — изотоп водорода с массой 3). Установлено, что в природной воде всегда содержится, помимо легкого водорода, и тяжелый изотоп — дейтерий, который образует так называемую тяжелую воду. Такая вода по своим свойствам сильно отличается от обычной воды. Она имеет другую температуру замерзания и кипения. В тяжелой воде не могут жить растения и животные. Это — «мертвая вода». В настоящее время она играет большую роль в производстве атомной энергии.
      Узнав, как происходят превращения элементов в природе, ученые осуществили опыты по превращению элементов друг в друга. Впервые это удалось сделать Резерфорду в 1919 году, когда он «обстрелял» атомы обыкновенного азота альфа-частицами.
      При «обстреле» азота (масса 14 и заряд 7) ядрами гелия (масса 4, заряд 2) последние «застревали» в атомных ядрах азота. При этом получалось ядро с массой 14+4=18 и зарядом 7+2=9. Это ядро элемента фтора. Однако такое ядро искусственно полученного фтора очень неустойчиво. Поэтому оно дут же распадалось, выделяя один протон, то есть ядро водорода. Оставшееся ядро превращалось в ядро изотопа кислорода (заряд 8 и масса 17).
      Так в XX веке было осуществлено первое действительное превращение химических элементов.
      На рис. 16 изображен снимок столкновения альфа-частицы 0 атомом азота. Прямой след альфа-частицы расщепляется в точке столкновения на два следа в виде вилки. Короткий зубец вилки — след изотопа кислорода, длинный зубец — след протона.
      Описанные превращения ядер, при которых в ядре изменяется число протонов или нейтронов, называются теперь ядерными реакциями; такие реакции и являются источником атомной энергии.
      После первого удачного опыта с азотом ученые проделали в своих лабораториях опыты и с другими элементами. С помощью тех же «снарядов» — гелиевых ядер — было успешно осуществлено превращение алюминия в фосфор и кремний, натрия — в алюминий и магний и т. д.
      Можно получить искусственным путем и золото — и именно из ртути, как мечтали об этом алхимики. В ядрах атомов ртути 80 протонов, в то время как у золота их 79. Значит, достаточно удалить из ядра ртути один протон, и оно превратится в ядро золота (правда, для этого нужны «снаряды» большей энергии, чем у альфа-частиц, вылетающих из радиоактивных веществ).
      Сделать это можно, но получать таким путем золото не имеет практическогО смысл а. Количества химических элементов, получаемых в результате таких ядерных реакций, ничтожны. Стоимость их поэтому очень высока, и золото, полученное искусственно, стоит значительно дороже обычного, природного.
      Нашли ученые и другие «снаряды». Для обстрела атомов были успешно использованы очень быстрые протоны и ядра тяжелого изотопа водорода (дейтерия) — дейтроны. Правда, все эти «снаряды» обладали одним очень большим недостатком. Ведь и альфа-частицы, и протоны, и дейтроны — это положительно заряженные частицы вещества. В то же время и ядро каждого элемента, как мы знаем, несет положительный заряд.
      Трудно поэтому ожидать частых попаданий таких снарядов в цель: ведь чем ближе к цели они подлетают, тем сильнее от нее отталкиваются.
      Когда были открыты нейтроны, они также были» использованы в качестве снарядов. И эти снаряды оказались значительно лучше всех других. На них не влияют электрические силы, отталкивающие друг от друга одноименно заряженные тела.
      Вместе с тем совершенствовалась и «атомная артиллерия» — различные приборы для стрельбы по атомам. Как мы уже говорили, первыми снарядами «атомной артиллерии» послужили альфа-частицы, вылетающие при радиоактивном распаде со скоростью 15 — 20 тысяч километров в секунду. Обладая большой энергией, эти частицы достигали иногда цели — разрушали ядра атомов. Однако во многих случаях их энергии оказывается недостаточно. Разрушить, расщепить ядро с помощью природной альфа-частицы можно только у легких атомов.
      В поисках других, более мощных снарядов и» были созданы различные приборы. В таких приборах «атомные снаряды» — протоны, ядра гелия и другие — разгоняются до громадных скоростей, которые намного больше скорости альфа-частиц радия. А чем больше скорость «снаряда», тем. труднее его отклонить от прямого пути каким-либо посторонним силам, тем сильнее он ударит по ядру.
      Теперь известно несколько различных типов «атомных пушек». Такой пушкой служит, например, циклотрон, с помощью которого получают очень быстрые частицы. Основная часть прибора — плоская цилиндрическая коробка, разрезанная пополам. Обе половины коробки помещены в поле мощного магнита. Заряженные частицы под действием магнитных и электрических сил движутся по окружности внутри коробки и постепенно ускоряются (рис. 18).
      В настоящее время на основе идей, высказанных советским физиком В. И. Векслером, создана особо мощная «атомная пушка», названная космотроном. Она может давать «снаряды» с энергией, в сотни раз большей чем у природных альфа-частиц.
      Были использованы для обстрела атомов и космические лучи1, обладающие очень большой энергией. В 1942 году советский ученый А. П. Жданов в одном из опытов впервые наблюдал полное расщепление ядер атомов серебра и брома под действием космических лучей.
      1 Космическими лучами называют потоки ядер легких химических элементов, попадающие на Землю из мирового пространства.
      Новые атомные «снаряды» и новая атомная «техника» позволили успешно «бомбардировать» атомы всех элементов менделеевской таблицы. Число ядерных превращений скоро достигло тысяч. При этом были сделаны новые интересные открытия.
     
      8. Искусственная радиоактивность
     
      В 1934 году в лаборатории известных французских ученых Ф. Жолио-Кюри и И. Жолио-Кюри было сделано очень важное открытие, сыгравшее большую роль в развитии ядерной физики, успехи которой привели к овладению атомной энергией. Были получены искусственным путем неустойчивые, радиоактивные изотопы химических элементов.
      Для создания одного из таких изотопов был использован бор, легкий элемент, занимающий в таблице Менделеева пятое место: в его ядре 5 протонов и 5 нейтронов. Средством воздействия были быстрые альфа-частицы.
      Как и в опыте по превращению азота в кислород, альфа-частица, ударившись в ядро бора, застревает в нем. При этом из ядра вылетает один нейтрон, а оставшееся ядро оказывается уже другим: это уже не ядро бора, а ядро одного из изотопов азота.
      Вот как это происходит: в ядро бора (масса 10, заряд 5) влетает альфа-частица (масса 4, заряд 2). Из образовавшегося ядра с массой 14 и зарядом 7 тут же вылетает один нейтрон (масса 1, заряд 0). При этом образуется изотоп азота с массой 13 и зарядом 7.
      В отличие от природного азота с атомным весом 14 этот изотоп содержит в своих ядрах уже неодинаковое число протонов и нейтронов — 7 протонов и 6 нейтронов. И он неустойчив. Искусственно полученный изотоп азота оказался радиоазотом.
      Таким же путем, «бомбардируя» альфа-частицами магний и алюминий, Жолио-Кюри получили еще два новых искусственных радиоактивных элемента — радиокремний и радиофосфор.
      При этом они обнаружили еще одно интересное явление: искусственные радиоактивные вещества в ряде случаев выбрасывали новые, ранее неизвестные элементарные частички, по массе не отличающиеся от электронов, но имеющие положительный заряд. Такие частички были впервые обнаружены за два года до этого в космических лучах и названы позитронами.
      Применяя для обстрела атомных ядер ядра гелия, протоны и нейтроны, физики скоро получили искусственные радиоизотопы всех нерадиоактивных элементов. Продолжительность «жизни» некоторых из них не превышает нескольких минут и секунд, а есть и такие, которые распадаются за тысячные и миллионные доли секунды. Все неустойчивые изотопы содержат в своих ядрах либо избыток, либо недостаток нейтронов по сравнению с устойчивыми изотопами. Так, ядро устойчивого, нерадиоактивного азота построено, как мы уже говорили, из 7 нейтронов и 7 протонов. А в ядре радиоактивного изотопа азота с массой 13 на 7 протонов приходится только 6 нейтронов. Ядро радиоактивного изотопа натрия с массой 24, наоборот, содержит в себе 13 нейтронов против 12, содержащихся в природном натрии.
      Значит, только ядра с определенными соотношениями числа нейтронов к числу протонов являются устойчивыми. Нарушается такое соотношение — и ядро атома становится радиоактивным. Распад ядра идет до тех пор, пока не восстановится нарушенное равновесие протонов и нейтронов, отвечающее какому-либо устойчивому ядру.
      Образование искусственных радиоактивных элементов в природе происходит и без участия человека. Вот один пример. Как известно, основную массу воздуха составляет азот с массой 14. Падающие на Землю космические лучи выбивают нейтроны из ядер атомов, входящих в состав воздуха; эти нейтроны «бомбардируют» атомы азота. При этом из ядра атома азота вылетает протон и азот превращается в тяжелый изотоп химического элемента углерода, медленно распадающийся. Количество этого радиоуглерода в воздухе постоянно — каждое мгновение образуется столько новых радиоактивных атомов углерода, сколько их распадается.
      Открытие искусственной радиоактивности позволило физикам получить последние четыре недостающих элемента менделеевской таблицы — технеций, прометий, астатин и франций. Они были получены искусственным путем, как продукты радиоактивного распада искусственных радиоэлементов.
      Дальнейшее изучение атома позволило разгадать и секрет возникновения в ядре электронов. Оказывается, что электрон «рождается» вблизи от ядра в тот самый момент, когда один из ядерных нейтронов превращается в протон. Никаких электронов до этого в ядре не существовало. Так, ядро искусственного неустойчивого изотопа натрия содержит в себе 13 нейтронов и 11 протонов. Такое ядро распадается с выделением электрона, и при этом образуется ядро уже с 12 протонами и 12 нейтронами — это устойчивый изотоп магния, встречающийся в природе.
      Если же неустойчивый изотоп имеет недостаток нейтронов, то в этом случае при распаде ядра изотопа протон превращается в нейтрон; при этом выбрасывается позитрон.
      Взаимное превращение нейтронов и протонов друг в друга с выделением элементарных положительных и отрицательных зарядов, однако, совсем не означает сложности этих частичек. Нельзя сказать, что электрон входит в состав нейтрона или позитрон в состав протона. Они образуются, «рождаются», в момент превращения одной частички в другую. Ясно, что такое превращение частичек происходит за счет уменьшения энергии возбужденного ядра.
      Подобно этому элементарные частички лучистой энергии — фотоны — возникают в атоме при изменении его энергетического состояния, хотя сказать, что фотоны были запрятаны где-то в атоме раньше, нельзя.
      Изучая воздействие нейтронов на ядра различных элементов, ученые добрались и до последнего, самого тяжелого элемента таблицы — до урана. Ядро этого элемента имеет самый большой вес — 238 и самый большой заряд — 92 Когда большая масса урана была обстреляна нейтронами, то оказалось, что нейтроны, поглощаемые ядрами урановых атомов, увеличивают массу этих ядер до 239. Полученный таким образом уран с весом 239 и зарядом 92 в отличие от своего изотопа 238, составляющего основную массу природного урана, распадается очень быстро — в течение нескольких десятков минут. Ядро
      урана 239 выбрасывает из себя не альфа-частицу, как ядра природного урана, а бета-частицу, то есть быстрый электрон. В результате такого распада заряд ядра увеличивается до 93, а вес остается тем же — 239 (такие химические элементы, имеющие одинаковый атомный вес, но различный заряд ядра, называются изобарами). Получился новый элементе порядковым номером 93 (рис. 19).
      Этот элемент был назван нептунием.
      Нептуний также неустойчив. Из его ядер вновь вылетает по электрону. Получается новый элемент с зарядом 94 и весом 239 — плутоний. Этот элемент распадается уже медленно, как и уран, с выделением альфа-частиц.
      Нептуний и плутоний были получены в 1940 году. Эти элементы в незначительных количествах находятся в урановых рудах. Позднее были получены и еще четыре новых элемента. Всем им дали название трансурановых или» заурановых элементов, то есть элементов, расположенных в таблице Менделеева за ураном. Это — америций, кюрий, беркелий и калифорний (см. таблицу на стр. 14 — 15).
      Таким образом, периодическая таблица элементов пополнилась в наше время десятью новыми элементами», созданными искусственным путем.
      Когда-то Д. И. Менделеев пророчески писал: «Между всеми известными химическими элементами — уран выдается тем, что обладает наивысшим атомным весом... Убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями...»
      Это предсказание блестяще оправдалось. Работы с ураном привели не только к созданию новых, искусственных элементов, но и к получению атомной энергии.
      Об этом мы сейчас и расскажем.
     
     
      II. АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ
     
      1. Материя и энергия
     
      Прежде чем говорить об атомной энергии, о ее получении, необходимо выяснить, что такое энергия.
      Весь окружающий нас мир материален. Из материи состоит вся природа. Атомы и небесные тела, животные и растения, камень и воздух — разнообразные виды материи, которая, по определению В. И. Ленина, копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них.
      Материя — это единственный носитель всех процессов, происходящих в природе, всего, что мы наблюдаем, ощущаем.
      Материя бесконечно разнообразна в своих проявлениях, она находится в постоянном изменении. Но при всех ее превращениях материя не исчезает и не создается вновь. Материя вечна.
      Какие бы изменения, превращения ни происходили в природе, ничего не исчезает бесследно, ничто не появляется вновь из ничего. Вот, скажем, постепенно, незаметно для глаза мы снашиваем подошву ботинок. Она становится все тоньше и тоньше. Но значит ли это, что кожа исчезает без следа? Конечно, нет. Мириады мельчайших частичек этого материала остаются на земле, на полу, на камне — во всех тех местах, где вы побывали в своих ботинках.
      Или возьмем другой пример — горение свечи. По мере сгорания свеча все уменьшается, она как будто исчезает совсем. Но и это только видимость. В действительности при горении свечи образуются летучие вещества — газы, которые рассеиваются в воздухе. Простым опытом можно показать, что при горении свечи образуется по весу даже больше вещества, чем его было раньше, до того, как юно сгорело, так как образующиеся при горении газы присоединяют к себе еще кислород из воздуха. Для этого надо сделать лишь так, чтобы газы, образующиеся при горении, не разлетались в воздухе, а собирались в каком-либо сосуде.
      Неотъемлемым свойством материи является ее движение.
      Ф. Энгельс писал, что вся природа, начиная от мельчайших частиц ее до величайших тел, находится в вечном возникновении и уничтожении, в непрерывном течении, в неустанном движении и изменении.
      Движение — это форма существования материи. Нет и не может быть материи без движения, как нет и не может быть движения без материи. Этот вывод подтверждается всеми нашими знаниями о природе, о материи.
      Кроме простого, механического движения — перемещения тел, мы знаем много других форм движения. Так, например, одной из таких форм является распространение света.
      Соответственно различным формам движения материи и говорят о различных формах энергии: механической, электрической, световой и других.
      Таким образом, энергия неразрывно связана с материей; другими словами, материя всегда обладает энергией. Нет материи без энергии, так же как нет энергии без материи.
      Энергию считают мерой движения материи. Ее можно назвать также способностью совершать работу.
      Если тело может совершать работу, это значит, что оно обладает каким-то запасом энергии. Энергией обладает, например, движущийся воздух — ветер. Он приводит в движение ветродвигатели и таким образом совершает работу. Большие запасы энергии таит в себе движущаяся вода.
      Такую энергию — энергию движущегося тела — называют кинетической. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело. Величина этой энергии тем больше, чем больше масса тела и скорость его движения.
      Поднимая какое-либо тело, мы сообщаем ему какой-то запас энергии. Пока это тело находится в покое, оно обладает энергией в скрытой форме. Такая энергия — энергия поднятого груза или иная скрытая энергия — называется потенциальной. Например, поднимая гирю настенных часов, мы сообщаем ей определенный запас потенциальной энергии. Когда мы пускаем часы в ход, гиря постепенно опускается: энергия гири переходит в кинетическую энергию и приводит при этом в движение часовой механизм, то есть совершает работу.
      Во всех машинах, когда они работают, происходит переход энергии из одной формы в другую. Так, например, при сгорании угля в топке парового котла энергия топлива переходит в конечном счете в механическую энергию, которая приводит в движение различные машины.
      Когда энергия одного вида переходит в другой, то при этом всегда происходит изменение кинетической или потенциальной энергии тел.
      Возьмем такой пример. Взаимному расположению атомов в молекуле соответствует определенная потенциальная энергия; ее называют химической энергией. Изменим расположение атомов в молекуле — при этом изменится и ее потенциальная энергия. Это происходит при химических реакциях.
      Химические изменения представляют собой перегруппировки атомов внутри молекулы. С точки зрения атомного строения вещества химическая реакция — это либо объединение атомов в молекулы, либо разложение одних молекул и образование других молекул.
      Скажем, мы сжигаем светильный газ — метан. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. При горении к метану присоединяется кислород воздуха. Из одной молекулы метана и двух молекул кислорода образуется одна молекула углекислого газа и две молекулы воды. При этом сумма внутренней потенциальной энергии молекулы метана и двух молекул кислорода оказывается больше суммы внутренних потенциальных энергий молекулы углекислого газа и двух молекул воды.
      Таким образом, в результате горения светильного газа уменьшается внутренняя потенциальная энергия частиц, участвующих в этой химической реакции. Часть этой энергии переходит в кинетическую энергию образовавшихся молекул. Другими словами, скорость движения вновь образовавшихся молекул углекислого газа и воды становится выше, чем скорость исходных продуктов реакции» — молекул метана и кислорода. А повышение скорости движения молекул означает повышение температуры тела. Вот почему при горении светильного газа и выделяется теплота. Она возникает за счет внутренней потенциальной энергии вещества.
      Такое же изменение потенциальной и кинетической энергии происходит при сжигании других горючих веществ — дров, угля, нефти.
      Если же какая-нибудь химическая реакция идет с поглощением тепла, то это означает, что исходные молекулы движутся быстрее вновь образующихся; потенциальная энергия молекул, полученных в результате такой реакции, больше, чем потенциальная энергия исходных молекул.
      В середине прошлого века, когда ученые стали изучать взаимные переходы различных видов энергии, было установлено, что при всех превращениях энергии ее общее количество не изменяется. Другими словами, энергия не может исчезать бесследно и не может быть создана вновь из ничего.
      Затем наукой был установлен важнейший закон, подтверждающий тесную, неразрывную связь материи и ее движения. Это — закон взаимосвязи массы и энергии.
      Мы привыкли думать, что масса какого-либо тела не зависит от скорости перемещения этого тела в пространстве. На самом деле это не так. Движение тела изменяет массу. Другими словами, каждое изменение энергии (с увеличением или уменьшением скорости тела увеличивается или уменьшается энергия) сопровождается изменением массы этого тела. Оно выражается таким уравнением:
      Масса =
      энергия /
      скорость света X скорость света
      Из этого соотношения следует, что даже очень небольшое количество вещества, переходя в излучение, должно порождать излучение огромной энергии.
      Не надо думать, что при таком переходе масса превращается в энергию. Излучение также обладает массой. При всяких превращениях сохраняются как общее количество массы, так и общее количество энергии. Может измениться только вид массы или вид энергии.
      Со всяким веществом связано огромное количество энергии! Нужно только суметь ее освободить, то есть найти такой способ, который позволил бы, затратив малое количество энергии, получать значительно больше энергии.
      Именно такой способ осуществляется при получении атомной энергии, энергии атомных ядер.
     
      2. Чему равна энергия невидимых частиц
     
      Источником энергии нам служат главным образом различные виды ископаемого топлива — уголь, торф, нефть, а также дрова, движущаяся вода, ветер.
      Все эти виды энергии являются преобразованной энергией Солнца. Под живительными лучами Солнца развиваются растения, в них с помощью солнечного света из веществ, содержащихся в воде, воздухе и почве, вырабатываются сахар, крахмал, жиры. Дрова — это как бы хранилище энергии солнечных лучей. Когда мы сжигаем их в наших топках, мы освобождаем энергию, полученную прежде растениями от солнечных лучей. Таким же хранилищем солнечной энергии является и ископаемое топливо — каменный уголь, торф; они образовались из растений, росших когда-то на земле.
      Постоянный круговорот воды в природе, ее движение осуществляется тоже с помощью солнечных лучей. Солнце испаряет воду, которая затем выпадает дождем; благодаря этому постоянно пополняется «запас» воды в реках, производящих гидроэлектрическую энергию.
      Солнечными лучами вызывается и ветер.
      Таким образом, солнечная энергия, которая обусловлена атомной энергией, выделяющейся на Солнце, является источником жизни на Земле.
      Могущественным видом энергии является атомная, или, точнее, ядерная энергия. Атомные ядра — источник энергии, невиданный по своей мощности, источник, из которого питаются энергией само Солнце и другие звезды.
      Величина отдельных атомов и молекул исключительно мала. Среди мельчайших живых существ есть много невидимых невооруженным глазом — бактерий. Даже под микроскопом, при увеличении в 1000 — 1500 раз, такие существа выглядят в виде очень маленьких, едва заметных палочек, запятых, завитков. Однако по сравнению с атомами бактерии — это великаны. В каждой бактерии атомов значительно больше, чем людей во всех странах света!
      В одной капле воды содержится более 1 500 000 000 000 000 000 000 молекул! Это более полутора тысяч миллиардов по миллиарду частиц.
      Один миллион молекул, уложенных в рад, составит всего около 0,3 миллиметра.
      И вот в этих мельчайших частицах вещества скрыта огромная энергия. И это совсем не удивительно, если мы вспомним о соотношении
      Масса =
      энергия /
      скорость света X скорость света
      Простой расчет показывает, что один грамм какого-либо вещества — алюминия, урана, водорода — связан с энергией, какую мы можем получить от сжигания 3000 тонн каменного угля!
      Впервые с выделением атомной энергии ученые встретились еще при открытии естественной радиоактивности. Атомы радиоактивных элементов выделяют при своем распаде очень большое количество энергии. Например, грамм радия дает при своем распаде около 3 000 000 больших калорий тепла. Этим количеством тепла можно нагреть до кипения около 30 тонн воды.
      Однако практическое значение энергии радиоактивного распада невелико. Ведь эта энергия выделяется небольшими порциями в течение очень длительного времени и ускорить выделение энергии мы не можем. Поэтому естественный радиоактивный распад химических элементов не может служить мощным источником атомной энергии. Он лишь наглядно показывает нам, откуда мы можем черпать большую энергию.
      Как мы уже знаем, при радиоактивном распаде атомов происходит преобразование атомных ядер, то есть, другими словами, протекают ядерные реакции. В результате этих реакций и выделяется та громадная энергия, которую мы называем атомной.
      Если сравнить энергию, выделяющуюся при обычных, химических реакциях, скажем, при горении топлива, с энергией, которая выделяется при некоторых ядерных превращениях, то окажется, что ядерная энергия в миллионы раз больше энергии химической. Таким образом, химическая энергия вещества — это лишь очень небольшая доля энергии его мельчайших материальных частиц — ^атомов. Основная часть энергии атомов скрыта в атомных ядрах. Объясняется это тем, что силы взаимодействия ядерных частиц очень велики. Они несравненно больше сил взаимодействия атомов и молекул. Гораздо легче изменить расположение частиц в молекуле, чем осуществить перестановку частиц в исключительно прочном атомном ядре. Чтобы вырвать из ядра один протон или один нейтрон, необходима значительная энергия. Еще больше надо затратить энергии для того, чтобы полностью разделить атомное ядро на частицы, ив которых оно состоит. В ядре действуют могучие ядерные силы. Но раз это так, то понятно, что в случае успеха — при осуществлении ядерной реакции — мы можем ожидать выделения очень большой энергии.
      Таким образом, путь промышленного получения ядерной, или атомной, энергии ясен. Надо научиться осуществлять в большом количестве такие ядерные реакции, при которых в короткое время выделялась бы большая кинетическая энергия.
      Так вскоре же после открытия радиоактивных химических элементов перед наукой встала заманчивая задача, имеющая исключительное значение для всей нашей жизни, — найти способы освобождения огромной, заключенной в атомном ядре энергии.
      В 30-х годах нашего столетия задача получения энергии из недр атомных ядер была уже действительной, осуществимой возможностью. В руках физиков была уже атомная «артиллерия», были атомные «снаряды», с помощью которых можно было осуществлять ядерные реакции, а главное, было знание мира малых частиц, знание его устройства, особенностей и закономерностей. В физике атомного ядра началась эпоха великих открытий. Успехи науки XX века привели к овладению способами выделения колоссальной потенциальной энергии ядер тяжелых атомов естественных (уран) или искусственно полученных (плутоний) элементов.
      Ученые многих стран, в том числе и ученые СССР, приняли участие в этих великих завоеваниях науки.
     
      3. Освобожденная энергия
     
      Подобно химическим реакциям, ядерные превращения могут протекать как с выделением энергии, так и с поглощением ее. Например, превращение азота в кислород, осуществленное Резерфордом в 1919 году, идет с поглощением энергии.
      Ядерная реакция, освобождающая большие количества внутриядерной энергии, впервые была осуществлена в 1932 году. В этом году физиками были «обстреляны» протонами ядра атомов химического элемента лития. Было установлено, что при попадании протона в ядро атома лития происходит распад полученного ядра на две альфа-частицы и при этом выделяется огромная энергия. Эта энергия выделяется в виде кинетической энергии альфа-частиц, то есть энергии их движения.
      Однако от этого опыта было еще далеко до практического использования ядерной энергии. Слишком еще мала была здесь вероятность попадания протона в ядро лития. Как показали расчеты, из целого миллиона «снарядов» только один единственный протон попадает при такой стрельбе в цель. Остальные 999999 «снарядов» летят мимо. Естественно, что такой способ получения атомной энергии не годился. Для освобождения из ядра заметных количеств энергии потребовалось бы очень много «снарядов» — протонов. А на их получение затрачивается очень большая энергия. В результате никакого выигрыша энергии получить не удастся.
      Надо было искать другой способ.
      Когда были открыты нейтроны, они оказались, как уже говорилось, более меткими «снарядами». Если создать соответствующие условия, каждый нейтрон будет попадать в цель и производить то или иное ядерное превращение. Однако и в этом случае задача получения атомной энергии не решается. Дело в том, что для получения нейтронов необходимо затрачивать еще большую энергию, чем для получения протонов. Чтобы получить один нейтрон, надо затратить многие тысячи протонов.
      «Спички», которыми физики «зажигали» атомное «топливо», не годились: они оказывались дороже самой энергии, которая выделялась после того, как ядерное «топливо» «поджигалось». И это было понятно. Ведь описанные ядерные реакции протекают совсем не так, как протекает химическая реакция горения. При горении топлива нам нужно только зажечь его в каком-то одном месте. После этого химическая реакция горения будет идти сама собой, без постоянного поджигания. Возьмем, скажем, сухое полено дров. Достаточно его зажечь с одного конца, и полено уже будет гореть само.
      Такая реакция называется цепной; превращения отдельных молекул здесь идут одно за другим, по цепочке. Что происходит при этом? Древесина состоит в основном ив молекул, содержащих углерод. Когда мы зажигаем дерево, его молекулы под влиянием высокой температуры разлагаются. Углерод соединяется с кислородом, образуя углекислоту. При этом выделяется большое количество теплоты, которая, напревая топливо, заставляет разлагаться следующие молекулы. Так процесс и идет до тех пор, пока не сгорит полено.
      Совсем иную картину мы наблюдаем в тех ядерных превращениях, о которых говорилось выше. Чтобы освободить ядерную энергию, приходится «зажигать» ядра каждого из атомов в отдельности в том куске вещества, из которого мы получаем атомную энергию. При каждом попадании в ядро расщепляется только это ядро и его распад не вызывает такого же превращения других, соседних ядер. Сама собой, по цепочке, ядерная реакция не идет. Вот почему ожидать от такой реакции значительного эффекта нельзя. Как бы дешево нам ни обходились отдельные «атомные снаряды», получение больших количеств атомной энергии все равно будет стоить очень дорого; для того, чтобы «сжечь» таким путем даже совсем небольшой кусок ядерного горючего, потребуется слишком много «спичек» — нейтронов.
      Надо искать какие-то другие ядерные реакции, способные дать большую энергию без такой затраты «атомных снарядов».
      Естественно, напрашивается мысль о том, чтобы осуществить цепную ядерную реакцию. Но как же это можно сделать?
      Задача была решена в 1939 году при нейтронной «бомбардировке» урановых ядер. Изучая природу образующихся при этом продуктов распада, И. Жолию-Кюри и немецкие ученые О. Ган, Ф Штрасман и другие открыли новое явление: в некоторых случаях ядро урана, захватив нейтрон, раскалывается на две части, примерно одинаковые по массе. В результате получаются два новых ядра, например, ядра атомов криптона и бария, а также других элементов, стоящих в середине менделеевской таблицы. Эти ядра радиоактивны.
      Теорию такого деления атомных ядер дал в том же году советский физик Я. И. Френкель.
      Это был совсем новый тип ядерной реакции. При всех превращениях ядер, какие физики знали до 1939 года, основная масса атомного ядра оставалась неизменной. «Снаряд», который попадал в ядро — альфа-частица, протон, нейтрон, — либо застревал в нем, либо выбивал из ядра какую-нибудь частицу. Вновь образующийся элемент был в периодической системе всегда «соседом» разбитого. Здесь же происходит иное: ядро разваливается на две части, которые представляют собой ядра элементов, далеко отстоящих от урана. При этом выделяется огромная энергия, которая в десятки и сотни раз больше, чем в других, ранее известных физикам ядерных реакциях, и в десятки миллионов раз больше, чем химическая энергия.
      Ядро урана имеет большой электрический заряд. Он в 92 раза больше заряда ядра водорода. Когда в ядро урана попадает «нейтронный снаряд», он приводит ядро в возбужденное состояние, и оно делится на две половины. Оба осколка имеют электрические положительные заряды. Благодаря этому между ними возникают большие силы отталкивания. Ядра-осколки с огромной скоростью — тысячи километров в секунду! — разлетаются в разные стороны. Сталкиваясь с атомами окружающих веществ, ядра-осколки передают им свою кинетическую энергию. Энергия движения осколков переходит в энергию беспорядочного, теплового движения молекул окружающих веществ. Происходит сильное нагревание среды, в которой протекает ядерная реакция.
      Но самым интересным в этой ядерной реакции оказалось другое — при делении ядра урана вылетают свободные, так называемые вторичные нейтроны. Из разбитого первым нейтроном ядра вылетают несколько новых нейтронов (в среднем 2 — 3), которые способны вызывать деление новых ядер и создавать тем самым еще большее число ядерных «снарядов».
      Вот почему это происходит. Ядра тяжелых химических элементов содержат значительно больше нейтронов, чем протонов. У более легких атомов соотношение нейтронов и протонов в ядре иное: число нейтронов только немного выше числа протонов. Поэтому, когда ядро урана разделяется на два новых, более легких ядра, в них остается меньше нейтронов, чем было в уране. Часть лишних нейтронов и вылетает при делении ядра.
      Таким образом, стоит только расколоть одно единственное ядро урана, как уже дальше, при соответствующих условиях, реакция расщепления ядер будет очень быстро нарастать, не прекращаясь (рис. 20). А вместе с этим будет выделяться все большая и большая энергия.
      Теперь вещества, которые при соответствующих условиях могут быть использованы для поддержания цепной ядерной реакции (а также и в качестве ядерных взрывчатых веществ), принято называть «ядерным горючим».
      Итак, саморазвивающаяся цепная ядерная реакция была найдена. Но для того, чтобы таким путем действительно освобождать большие количества атомной энергии, ученым предстояло еще решить ряд неясных вопросов.
      Прежде всего возникает такой вопрос: если ядра урана могут под действием нейтрона делиться с образованием вторичных, свободных нейтронов, то почему же в природном уране не происходит цепной реакции? Почему уран существует в природе, не взрываясь? Ведь в него, без сомнения, попадают нейтроны из окружающих тел, выбиваемые космическими лучами. Возникают свободные нейтроны и в самом уране. Советские ученые Г. Н. Флеров и К. А. Петржак показали, что в уране всегда имеются такие нейтроны, которые способны начать цепную ядерную реакцию. Оказывается, некоторые ядра урана делятся на осколки самопроизвольно и при этом также выбрасывают из себя свободные нейтроны. В куске урана весом в один килограмм каждую секунду появляется 10 — 15 таких «атомных спичек». Однако, как уже было сказано, под действием нейтронов ядра урана делятся не всегда. Одновременно с делением происходит также процесс образования новых, заурановых элементов — нептуния и плутония, причем в этом случае нейтроны захватываются ядром и цепной реакции в уране не возникает.
      В поисках разгадки ученые прежде всего решили установить, какие именно нейтроны способны вызывать деление урановых ядер. «Атомные снаряды» могут иметь разную энергию, разные скорости. Можно, например, получить очень быстрые нейтроны, со скоростью в 10 — 15 тысяч километров в секунду; энергия таких нейтронов очень велика. Но можно использовать для обстрела атомных ядер и медленные нейтроны, нейтроны малых энергий, скорость движения которых составляет лишь десятки километров в секунду. Замедляя различными способами быстрые нейтроны, можно получать и очень медленные, или, как их называют, тепловые нейтроны; энергия тепловых нейтронов по величине того же порядка, что и энергия теплового движения частиц в телах; скорость таких нейтронов составляет обычно несколько километров в секунду.
      Какие же из этих нейтронов могут производить деление ядер урана? Опыты, проведенные известным итальянским физиком Ферми и другими учеными, показали, что не только быстрые, но и медленные (тепловые) нейтроны способны разрушать урановые ядра. Более того, медленные «снаряды» оказались даже более эффективными, чем быстрые.
      Таким образом, чтобы разбить ядро урана, важно только одно — попасть в него нейтроном. Выходит, причину того, что в природном уране не происходит цепной ядерной реакции, надо искать в другом. В чем же?
      Природный уран состоит из трех различных изотопов. Главную массу его составляет уран с (атомным весом 238 — уран 238. Его в естественного уране больше 99 процентов; 7 атомов из 1000 составляет изотоп с атомным весом 235. И существует еще один изотоп урана — уран 234,, его в естественном уране содержится всего 0,006 процента, то есть 6 атомов из каждых 100 тысяч. Доля урана 234 так мала, что он никакого практического значения не имеет.
      Естественно возник вопрос: делятся ли под действием нейтронов ядра всех изотопов урана? Или, быть может, какой-нибудь из его изотопов не участвует в процессе деления.
      Для решения этого вопроса потребовалось получить изотопы урана в чистом виде. Как только это было сделано, ответ на интересующий ученых вопрос был найден. Оказалось, что тепловые нейтроны делят только ядра урана 235. А уран 238, которого больше всего в природном уране, такими нейтронами не делится; взорвать ядро урана 238 может только нейтрон, обладающий очень большой энергией. Медленные же нейтроны поглощаются ураном 238, не вызывая деления, а приводя к образованию нептуния и плутония. Поэтому цепная ядерная реакция и не идет в природном уране.
      Допустим, что под воздействием быстрого нейтрона в куске природного урана произошло деление одного ядра урана 235 или урана 238. При этом выделится несколько вторичных нейтронов. Если один из них попадет в ядро урана 235, то произойдет новое деление ядра. Однако ив тысячи атомов естественного урана только 7 принадлежат изотопу с массой 235. Поэтому, вероятнее всего, новые, вторичные нейтроны столкнутся не с ядром урана 235, а с ядром урана 238. Но в этом случае деления уже не будет.
      Правда, вторичные нейтроны, образующиеся при распаде урана 235, обладают достаточно большим запасом энергии, это также быстрые нейтроны. Но они практически не способны разрушить ядро урана 238. Чаще всего они поглощаются таким ядром и образуются заурановые элементы. Объясняется это тем, что, двигаясь в веществе, вторичные «снаряды» — нейтроны сталкиваются с его атомами и быстро теряют свою скорость, свою энергию.
      Новых нейтронов не выделится, цепная реакция прекратится.
      Итак, ядра изотопов урана обладают различной прочностью. Ядро урана 235 можно разбить, разделить на части как быстрыми, так и медленными «снарядами»; ядро же урана 238 делится только очень «энергичными», быстрыми нейтронами.
      Таким образом, чтобы получить атомную энергию в больших количествах, необходимо иметь в чистом виде изотоп урана с массой 235.
      Однако это совсем не так легко сделать. Для разделения изотопов можно воспользоваться только теми их свойствами, которые зависят от массы, например, различием их атомных весов. Для урана это различие очень мало, оно составляет всего около полутора процентов. Поэтому разделение столь мало различающихся между собой изотопов урана представляет собой задачу большой трудности. Чтобы выделить какой-либо изотоп в чистом виде, процесс разделения приходится повторять сотни и тысячи раз. На это затрачивается очень много энергии, много времени. Например, поступают так: природную смесь изотопов переводят в газообразное состояние и просачивают газ через особые пористые перегородки с очень маленькими отверстиями. При этом более легкие изотопы просачиваются несколько быстрее, чем тяжелые. Многократно повторяя такой процесс, можно получить изотоп урана 235 в чистом виде.
      Чистота урана 235 имеет весьма существенное значение. Мы уже говорили о том, что тепловые нейтроны лучше всего делят ядра урана 235. Они играют главную роль в развитии цепной реакции. Но если уран 235 будет содержать какие-то примеси, то они будут поглощать тепловые нейтроны и «горение» ядерного горючего прекратится.
     
      4. Атомный котел
     
      Цепная реакция, освобождающая могучую энергию атомных ядер, была найдена. Но надо было научиться управлять ею. Деление атомных ядер урана 235 протекает исключительно быстро. Кусок урана 235 весом около килограмма разлагается за ничтожно малые доли секунды! За это время выделяется огромная энергия. Происходит не спокойное «горение» ядерного горючего, а взрыв колоссальной силы.
      Чтобы использовать атомную энергию для промышленных целей, необходимо как-то замедлить процесс деления ядер, научиться регулировать его скорость. Надо сделать так, чтобы ядерное горючее не взрывалось, а спокойно «горело».
      Это осуществляется в настоящее время в установке, получившей образное название «атомного котла», или ядерного реактора. И вот что особенно важно: для получения атомной энергии «в атомном котле не требуется разделения изотопов урана. Здесь используется обычный, природный уран.
      Но как же так? Ведь выше мы говорили о том, что цепная ядерная реакция в природном уране идти не может, так как ядра урана 238, составляющие основную массу природного урана, захватывают вторичные, образующиеся при делении урана, нейтроны и цепная реакция прекращается.
      Оказалось, однако, что этой беде можно помочь. Для осуществления цепной ядерной реакции в природном уране надо добиться, чтобы из числа вторичных нейтронов, образующихся при делении ядер, не менее одного нейтрона использовалось для нового деления. Тогда цепная ядерная реакция будет продолжаться, причем нарастание ее будет происходить медленно.
      Как это можно сделать? Уран 238 особенно охотно поглощает медленные нейтроны, имеющие скорость в пределах от 40 до 140 километров в секунду; деления при этом не происходит, а образуются заурановые элементы. Нейтроны, образующиеся при делении урановых ядер, как мы уже говорили, быстрые. Но, сталкиваясь с ядрами урана 238, они теряют свою энергию и захватываются ураном 238.
      Однако если скорость нейтронов будет еще ниже — менее чем 3 километра в секунду, то такие нейтроны уже практически не захватываются ядром урана 238. А это как раз и есть тепловые нейтроны, которые лучше всего делят ядра урана 235.
      Таким образом, чтобы не все вторичные нейтроны поглощались ураном 238, необходимо найти способ быстро их замедлять. Нейтрон должен превращаться в тепловой еще до того, как он столкнется с ядром урана 238! А нейтрону, обладающему тепловой скоростью, эта встреча уже не страшна; такой нейтрон может путешествовать в природном куске урана до тех пор, пока не встретит ядро урана 235.
      В качестве замедлителя нейтронов можно применять различные вещества. Замедлитель должен только замедлять нейтроны, а не поглощать их. Лучше всего для этой цели служит тяжелая вода, в молекулах которой вместо атомов обычного водорода, с массой 1, находятся атомы тяжелого изотопа водорода — дейтерия — с массой 2; этот последний и служит основным замедлителем.
      Однако получение тяжелой воды в чистом виде длительно и стоит очень дорого. В природной воде ее содержится только около 0,02%, а требуется такой воды много — целые тонны.
      Другим, более дешевым и достаточно хорошим замедлителем служит обычный графит, тот самый, из которого делают сердечники карандашей. Для уранового котла годится только очень чистый графит. "
      Чтобы получить тепловые нейтроны, необходимые для поддержания цепной реакции, уран помещают в замедлитель в виде отдельных блоков, образуя как бы решетку из урана. Такое расположение урана дает возможность замедлить большинство вторичных нейтронов до того, как они встретятся с каким-либо ядром урана.
      Практически это и осуществляется в атомном котле. На рис. 21 показана схема котла с графитовым замедлителем. Графит занимает в нем почти весь объем. Внутри этой массы графита проделаны каналы; в них закладываются стержни (блоки) урана, в которых и происходят ядерные реакции.
      Вот как протекает здесь реакция. При делении одного из ядер урана 235 выделяется, скажем, три быстрых нейтрона. Они вылетают из блока урана в толщу графита (рис. 22). Здесь нейтроны из-за столкновений с ядрами углерода, из которых состоит графит, быстро теряют свою первоначальную энергию, и скорость их уменьшается. Благодаря этому быстрый нейтрон, вылетевший из блока урана с большой, скоростью, проблуждав некоторое время в толще графита, попадает снова в блок урана, обладая уже тепловой скоростью. Такие нейтроны могут быть поглощены главным образом атомами урана 235 и вызовут их деление.
      Если правильно выбрать размеры графитового штабеля, а также величину, количество и расположение в нем кусков урана, можно добиться, что в результате каждого деления ядра урана 235 будет возникать новое деление одного такого же ядра, то есть один из трех нейтронов в среднем произведет новое деление ядра урана 235.
      Таким образом, будет поддерживаться цепная реакция, протекающая с постоянной скоростью, подобно горению в топке котла.
      А что же происходит с остальными нейтронами, рождающимися при такой замедленной цепной ядерной реакции? Некоторая часть из них пропадает, вылетая за пределы котла. Чтобы число таких нейтронов было невелико, графитовый штабель окружают специальной оболочкой, отражающей нейтроны. По этой же причине размеры атомного котла на природном уране делают большими. В маленьком котле потеря нейтронов будет превышать число образующихся в нем нейтронов.
      Другая часть нейтронов встретится с ураном 238, имея скорость, достаточную для их поглощения. Образующийся при этом плутоний, так же как и уран 235, способен к делению под воздействием тепловых нейтронов и также выделяет при делении по нескольку свободных нейтронов.
      Описанная реакция сопровождается выделением огромного количества энергии. Эта энергия выделяется не мгновенно, а постепенно, но она столь велика, что если ее не отводить, то установка быстро раскалится и выйдет из строя (расплавится).
      Для оценки мощности, выделяющейся при таком процессе, достаточно сказать, что при образовании одного килограмма плутония в сутки в установке выделяется мощность, сравнимая с мощностью Днепрогэса. Один килограмм урана, использованный в атомном котле, выделяет такое количество энергии, которое может обеспечить в течение 7 лет работу двигателя мощностью 2500 лошадиных сил (рис. 23).
      Выделяющееся в атомном котле тепло передается циркулирующей по трубам жидкости. Нагретая жидкость поступает в теплообменник, где она отдает полученное тепло и, охлаждаясь, снова поступает в котел. Вместо жидкости для охлаждения уранового котла можно применять также газ.
      Тепло, поступающее в теплообменник, может быть использовано какой-либо силовой установкой с преобразованием в механическую, электрическую и другие виды энергии. На рис. 24 показана схема одной из таких установок.
      Регулирование работы атомного котла, то есть ускорение или замедление протекающей в нем цепной ядерной реакции, достигается следующим способом. Если температура в котле сильно повышается, что означает увеличение числа делящихся ядер урана 235, необходимо уменьшить в котле число «снарядов». А сделать это нетрудно. Для этого надо либо выдвинуть часть урановых стержней из котла, либо ввести в котел какое-нибудь вещество, в сильной степени поглощающее медленные нейтроны. Таким веществом служат, например, металл кадмий или химический элемент бор. Когда в массу графита вводят стержень из кадмия или из стали с большим содержанием бора, ядерный процесс в котле замедляется. Изменяя положение таких стержней в графите, легко управлять реакцией — ускорять или замедлять ее в случае необходимости.
      Все эти операции (как и другие) производятся авто магически. Контроль за работой котла осуществляется с помощью особых счетчиков нейтронов. Если в котле образуется много нейтронов, счетчик включает механизм, который вдвигает кадмиевые стержни.
      Чтобы ядерная реакция протекала в атомном котле бесперебойно, необходимо поддерживать очень высокую степень чистоты материалов. В установке накапливаются продукты распада урана 235 и плутония — радиоактивные осколки — ядра более легких элементов. Они сильно поглощают нейтроны и этим нарушают ход цепной реакции. Накапливается в котле и плутоний, так как его образуется больше, чем «сгорает». Поэтому блоки урана надо периодически извлекать из установки для очистки и заменять их блоками совершенно чистого урана. То же относится и к графиту, который также засоряется продуктами радиоактивного распада.
      Плутоний можно отделять от урана с помощью химических методов.
      Такими же, химическими, способами выделяются легкие радиоактивные элементы. Хотя их называют «шлаком», эти вещества имеют большую ценность. Искусственные радиоактивные атомы, или, как их еще называют, меченые атомы, используются теперь очень широко, в самых различных отраслях науки и техники (о их применении рассказывается в нашей книжке дальше, см. стр. 105). Атомный котел позволяет получать такие вещества в очень больших количествах.
      Управление работой атомного котла сильно усложняется тем, что атомный котел является источником мощного радиоактивного излучения, губительно действующего на живые организмы. Из котла несутся потоки быстрых нейтронов и гамма-лучей, которые способны проходить толстые слои вещества. Поэтому вся работа установки автоматизирована и управляют ею на расстоянии. По этой же причине атомные котлы окружают толстыми защитными оболочками из веществ, хорошо поглощающих нейтроны и гамма-излучения. Толщина оболочки превышает один метр. Для этой цели обычно используют бетон, свинец и кадмий (или же бористую сталь). Бетон замедляет нейтроны и часть из них поглощает. Свинец задерживает гамма-лучи; кадмий (или бор) — медленные нейтроны.
      При небольшой мощности котла его окружают оболочкой ив одного бетона.
      Чтобы уменьшить размеры атомного котла, ядер ное горючее «обогащают» либо ураном 235, либо плутонием. Другими словами, в котле используют такое ядерное горючее, в котором больше урана 235, чем в природном уране. С этой же целью к природному урану добавляют плутоний. В том и другом случае вероятность встречи нейтронов с ядрами урана 235 или плутония больше, а потеря нейтронов за счет вылета их из установки меньше. Это и позволяет уменьшить размеры котла.
      На рис. 25 показана схема устройства атомного котла, работающего на тяжелой воде. Этот котел был построен во Франции в 1948 году под руководством Ф. Жолио-Кюри. Он представляет собой большой бак, наполненный замедлителем — тяжелой водой. В замедлитель опущены урановые стержни. Бак окружен слоем вещества, отражающим нейтроны. Сверху и сбоку котла помещаются стержни, с помощью которых можно управлять цепной реакцией — ускорять, замедлять, либо совсем останавливать ее.
      Слева — в защитной оболочке из бетона — имеется несколько каналов; в одном из них помещен прибор, показывающий, с какой скоростью идет в котле цепная реакция; другие каналы предназначаются для искусственного облучения нейтронами различных веществ — таким путем получают в этом котле искусственные радиоактивные вещества.
      Охлаждение котла осуществляется так: нагревающаяся тяжелая вода перекачивается из нижней части котла в верхнюю и по дороге проходит через охлаждающее устройство, в котором циркулирует обычная вода.
      Таково устройство атомных котлов, в которых освобождается могучая энергия атомных ядер.
     
      5. Что такое атомная бомба
     
      Открытие способов освобождения атомной энергии было величайшим достижением науки, ее триумфом. Однако с самых первых дней своего открытия ядерная энергия была направлена в США прежде всего на дело разрушения. Американские империалисты, финансировавшие во время второй мировой войны работы физиков по расщеплению атомных ядер, поставили перед ними задачу — использовать атомную энергию для создания атомной бомбы. Как известно, такая задача была решена в годы второй мировой войны.
      Что же представляет собой атомная бомба? Основная часть атомной бомбы — ядерное горючее, или, лучше сказать, ядерное взрывчатое вещество, атомные ядра которого способны делиться под воздействием нейтронов и при этом выделять огромную энергию. Для взрыва ядерного горючего необходим лишь один летящий нейтрон, который играет здесь роль капсюля-детонатора. Дальше ядерная реакция пойдет сама по себе, развиваясь подобно грозной лавине, низвергающейся с горы.
      Изучая различные ядерные реакции, физики обнаружили в настоящее Время уже несколько веществ, ядра которых делятся под ударами нейтронов: уран 238, уран 235, торий, плутоний и некоторые другие. Однако только два из них могут служить ядерным ВВ. Это уран 235 и плутоний. Ядра этих элементов делятся не только быстрыми, но и медленными нейтронами. Осуществить цепную реакцию с ядрами урана 238, тория и других элементов, которые делятся лишь весьма быстрыми нейтронами, не удается.
      Кроме урана 235 и плутония, ядерным ВВ может служить также искусственный изотоп урана с массой 233, который получают, облучая нейтронами ядра атомов тория.
      Все эти три вида ядерного горючего и могут быть использованы в атомной бомбе в качестве взрывчатого вещества.
      Понятно, что никаких замедлителей цепной ядерной реакции в этом случае не нужно. Процесс деления атомных. ядер протекает в атомной бомбе очень быстро. Чем быстрее «сгорит» ядерное горючее, тем сильнее будет атомный взрыв.
      Сила взрыва ядерного горючего в миллионы раз превосходит силу взрыва других взрывчатых веществ. Причину этого легко понять, если вспомнить, что при взрыве обычных взрывчатых веществ происходят химические, а не ядерные реакции, энергия которых в миллионы раз меньше энергии, выделяющейся при ядерных реакциях.
      Взрывчатое ядерное вещество имеет одну особенность. Оно взрывается только в больших кусках. Если количество урана 235 или плутония меньше некоторой величины — ее называют критической массой, — цепная реакция не пойдет. Большая масса ядерного ВВ необходима для того, чтобы число нейтронов, выделяющихся при расщеплении атомных ядер, очень быстро нарастало. В небольшом куске этого не происходит: много нейтронов уходит наружу до того, как они произведут ядерное деление, и цепная реакция прекращается.
      Если же масса ядерного ВВ превышает критическую, то достаточно попасть в нее одному нейтрону, как цепная реакция начнет бурно развиваться. А искать такой нейтрон не приходится. Для этого совсем не нужно прибегать к помощи «ядерной артиллерии». Как уже говорилось, в уране всегда имеются свободные нейтроны, способные начать цепную ядерную реакцию. Таким образом, если масса ядерного ВВ превышает критическую, оно самопроизвольно взрывается. Поэтому хранить такое ВВ можно только в небольших кусках.
      Чтобы получить взрыв, достаточно соединить вместе два (или больше) куска ядерного горючего так, чтобы их общая масса превысила критическую.
      Отсюда можно понять, как должна быть устроена атомная бомба. В простейшем случае в ней должны быть заложены два куска ядерного горючего отдельно один от другого (рис. 26), масса каждого куска должна быть меньше критической. Вес критической массы урана 235 в атомной бомбе, имеющего форму шара, составляет примерно один килограмм. Для других форм зарядов критический вес будет больше одного килограмма, ибо шаровая форма является наиболее компактной.
      Критические размеры взрывчатого ядерного вещества можно несколько понизить; для этого его окружают в бомбе оболочкой, которая отражает значительную часть вылетающих из урана нейтронов обратно в уран.
      Чтобы вызвать взрыв, надо очень быстро соединить оба куска вместе. Для этой цели в бомбе позади куска урана помещается заряд обычного взрывчатого вещества, например тротила, и установлен специальный, автоматически действующий в нужный момент взрыватель. Когда тротил взрывается, в бомбе происходит как бы выстрел обеими частями атомного заряда друг по другу, и атомная бомба взрывается.
      Почему необходимо быстрое сближение отдельных частей ядерного ВВ? Дело в том, что при взрыве атомной бомбы значительная часть ее атомного заряда разбрасывается силой взрыва еще до деления; далеко не все атомные ядра делятся в процессе взрыва. Это, естественно, снижает энергию взрыва.
      Чем быстрее развивается взрыв по сравнению со скоростью разброса, тем большая часть ядерного ВВ успеет взорваться.
      Если мы будем сближать отдельные части ядерного ВВ медленно, то число ядер, не успевших разделиться под
      действием вторичных нейтронов, будет очень велико. Это объясняется тем, что цепная реакция в ядерном горючем начинается еще до того времени, как отдельные его части соединятся друг с другом, то есть в момент, когда они разделены еще небольшим промежутком. В этом случае атомная бомба вследствие «перегрева может разрушиться на части, не взорвавшись.
      Куски ядерного ВВ и заряд с взрывателем помещают в толстую оболочку из очень прочного, тяжелого тугоплавкого сплава, отражающего нейтроны. Такая оболочка задерживает разбрасывание ядерного горючего, увеличивая разрушительное действие бомбы.
      Империалистические поджигатели новой войны кричат о том, что атомная бомба разрушает все. В действительности это далеко не так. Известно, что атомные бомбы, сброшенные в 1945 году американцами на японские города Нагасаки и Хиросима, не разрушили многих прочных построек даже нa довольно близком расстоянии от места взрыва.
      Каковы же особенности действия атомной бомбы? Какие явления сопровождают атомный взрыв? При взрыве атомной бомбы в течение очень короткого времени, за миллионные доли секунды, выделяется огромное количество энергии. Большая часть этой энергии (до 80 %) выделяется в виде теплоты. Происходит мгновенное резкое повышение температуры и давления. Температура окружающей среды достигает десятков миллионов градусов, а возникающее при этом давление — нескольких миллионов атмосфер.
      Взрыв атомной бомбы может быть произведен в воздухе — на высоте нескольких сотен метров, у поверхности земли и воды, а также под землей или водой.
      Взрыв атомной бомбы в воздухе сопровождается ослепительно яркой вспышкой, озаряющей небо и местность на десятки километров от места взрыва. В месте взрыва образуется огненный шар диаметром около 150 метров (при наземном взрыве — полушарие). Огненный шар видно на очень большом расстоянии1.
      1 Здесь и далее все сведения, характеризующие атомный взрыв, даются для так называемой «номинальной» атомной бомбы (см. приложение, стр. 115 — 125).
      Звук взрыва бомбы, напоминающий сильный удар грома, слышен на расстоянии десятков километров. Он значительно сильнее звука взрыва самой большой фугасной авиационной бомбы.
      Огненный шар, увеличиваясь, быстро поднимается вверх; скорость его подъема достигает 100 метров в секунду. Спустя 10 секунд после взрыва свечение огненного шара прекращается, он остывает; образуется быстро поднимающееся вверх, клубящееся облако, содержащее остывающие газы, частицы радиоактивной пыли и другие продукты взрыва ядерного ВВ, а также столб пыли и дыма, поднятых с земли В нем уносится большая доля продуктов взрыва, нагретых до очень высокой температуры, и на поверхности земли температура очень быстро падает. Через несколько минут облако достигает 10 — 15 и более километров высоты и, расширяясь в горизонтальном направлении, становится похожим на гигантский гриб (рис. 27); его «шляпка» имеет диаметр в несколько километров. Облако видно в течение часа и более — до тех пор, пока оно не рассеется ветром.
      Так протекает взрыв атомной бомбы в воздухе1.
      1 Описываемые здесь явления, сопровождающие взрыв атомной бомбы, приводятся по книге «Действие атомного оружия», выпущенной в 1950 г. научной лабораторией в г. Лос-Аламосе (США), и по другим данным, приведенным в иностранной и советской печати.
      Другие явления происходят в том случае, если бомба взрывается под водой. Как и при (взрыве в воздухе, под водой образуется огненный шар; он светится в течение нескольких тысячных долей секунды. Свечение прекращается, как только газы, составляющие раскаленный шар, достигают поверхности воды. При этом на воде образуется кольцеобразная, быстро расширяющаяся волна. Над местом взорвавшейся бомбы взлетает высоко вверх столб воды. Высота этого столба может достигать 2,5 километра. В воздухе образуется облако, напоминающее по форме цветную капусту либо гриб; оно состоит из мелких водяных капель и продуктов распада ядерного горючего. Выброшенная вверх вода может образовать мощные тучи, из которых примерно через час после взрыва начинает идти дождь.
      При взрыве атомной бомбы образуются мощная ударная (взрывная) волна, световое и радиоактивное излучения (радиоактивное излучение называют также проникающей радиацией), а также происходит радиоактивное заражение местности.
      Ударная волна атомного взрыва, как и при обычном взрыве, представляет собой область сильного сжатия воздуха, которая распространяется с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Один километр она проходит за 2 секунды, 2 километра — за 5 секунд и 3 километра — за 8 секунд. Таким образом, увидев вспышку взрыва, можно успеть лечь на землю или занять ближайшее укрытие и тем самым уменьшить степень поражения ударной волной или вовсе ее избежать.
      В книге «Действие атомного оружия» высказывается мнение, что основные разрушения производит ударная взрывная волна, причем наибольшее разрушение происходит, когда бомба взрывается в воздухе на высоте около 660 метров. Взрыв на поверхности земли дает меньшие разрушения.
      Исходя из результатов взрыва атомных бомб в Японии, в книге указывается, что сильное разрушение ударная волна производит на расстоянии до 800 метров от эпицентра1 взрыва бомбы.
      1 Эпицентр — в данном случае место на поверхности земли или воды, расположенное непосредственно над или под взорвавшейся бомбой.
      На удалении до 1800 метров наблюдаются значительные разрушения. Средние разрушения, при (которых строение или сооружение не может быть использовано без ремонта, происходят на расстоянии до 2,6 километра. Незначительные повреждения взрывная ударная волна производит на расстоянии до 12 и более километров. Иногда действие взрывной ударной волны может сказаться и на еще большем расстоянии.
      Вместе с тем в отдельных случаях сохраняются или получают лишь незначительные повреждения сооружения, расположенные в непосредственной близости от взрыва. Так, при взрыве атомных бомб в Японии почти не пострадал один мост (со стальными фермами), хотя он находился менее чем в 90 метрах ют того места, где взорвалась бомба. В некоторых случаях уцелели на расстоянии 300 — 800 метров землянки, наполовину углубленные в землю и прикрытые слоем грунта толщиной 45 сантиметров.
      В Нагасаки сброшенная американцами атомная бомба взорвалась в 800 метрах от здания тюрьмы. В ней находились английские и американские солдаты — военнопленные. От взрыва погиб 31 человек из 211, содержавшихся в тюрьме. Само здание уцелело. Не были разрушены и многие другие прочные постройки — кирпичные и бетонные, расположенные не так далеко от того места, где взорвалась бомба.
      На человека ударная волна может воздействовать двояко: непосредственно и косвенным путем. В первом случае наблюдаются повреждения легких, желудка, кишечника, барабанных перепонок; возможно внутреннее кровоизлияние. В населенных пунктах значительно больше поражений от косвенного воздействия ударной волны — люди могут пострадать при обвалах зданий, быть поражены летящими камнями, обломками деревьев, комьями земли и другими предметами, разбрасываемыми взрывом.
      При взрыве атомной бомбы над водой ударная волна распространяется главным образом в воздухе. Корабли всех типов, находящиеся на удалении 800 — 1000 метров от эпицентра взрыва, могут получить серьезные повреждения. Корабль, удаленный на 1,5 километра, получит средние повреждения, а на 2 километра — незначительные. На расстоянии 1000 — 1150 метров возможны сильные повреждения корабельных надстроек, самолетов, находящихся на палубе, шлюпок. Серьезные повреждения котлов и труб можно ожидать на расстоянии 900 метров, средние повреждения — до 1350 метров и легкие — до 1700. Своевременно задраивая люки, закрывая иллюминаторы, можно уменьшить повреждения внутренних помещений.
      Действие на корабль ударной волны при подводном взрыве атомной бомбы во многом зависит от глубины, на которой происходит взрыв; имеют также значение положение судна относительно направления движения ударной волны, стоит ли оно или движется, тип корабля.
      Предполагается, что при взрыве атомной бомбы на небольшой глубине корабли и суда, находящиеся в радиусе 400 — 600 метров от эпицентра взрыва, могут получить большие повреждения. Серьезные повреждения судов возможны на расстоянии 900 метров.
      Наибольшее воздействие ударная волна при атомном взрыве оказывает на обшивку корабля, трубопроводы, машины, электрическое оборудование. Тяжелые агрегаты подвергаются более сильному разрушению, чем легкие. Значительные повреждения котлов и главных двигателей отмечаются в радиусе 700 — 750 метров, а легкие — на удалении до 1100 метров. Машины движущихся кораблей получат, вероятно, более серьезные повреждения, чем кораблей, стоящих на якоре.
      Значительные повреждения судов могут вызвать атомные бомбы, взрывающиеся на большой глубине. Так, если атомная бомба взорвалась на глубине 300 метров, она может причинить большие повреждения тяжелым кораблям, находящимся от эпицентра на удалении до 660 метров, а легким военным кораблям и торговым судам — на расстоянии до одного километра.
      Взрывная ударная волна, распространяющаяся в воздухе, повреждает корабельные надстройки.
      Помимо непосредственного воздействия ударной волны, разрушения могут также производить большие волны воды, возникающие при атомном взрыве на воде. При испытаниях американцами атомных бомб в атолле Бикини, в Тихом океане (атолл — это низменный коралловый остров кольцеобразной формы), первая волна воды, возникшая через 9 секунд после взрыва, подняла корму авианосца на 14 метров, а вторая, как предполагают, разрушила корабельные надстройки. Такие волны могут причинить вред и портовым сооружениям, если атомная бомба взорвется недалеко от берега (на удалении до 1600 метров).
      Таково действие ударной волны.
      Большое количество энергии атомного взрыва выделяется в виде светового излучения, которое продолжается всего несколько секунд. Оно вызывает пожары в лесу и населенных пунктах и причиняет ожоги находящимся вне укрытий людям и животным. Возможно также в этом случае временное ослепление. Степень ожога зависит от времени действия светового излучения и расстояния до места взрыва.
      В Японии из общего количества погибших при атомных взрывах ^примерно 20 — 30 процентов умерли от сильных ожогов. По своей яркости световое излучение во много раз превосходит яркость солнечного света. В книге «Действие атомного оружия» высказывается предположение, что серьезные ожоги взрыв атомной бомбы может дать в зоне радиусом до 3300 метров. Поражению подвергаются главным образом открытые, незащищенные части тела, обращенные в сторону взрыва. Ожоги наносят в основном тепловые, инфракрасные лучи. Атомные взрывы в Японии воспламеняли бумагу, дрова и другие предметы на расстоянии до 1800 метров.
      Пожары, их распространение зависят от многих внешних причин (наличие горючих материалов в районе взрыва, погода и т. д.).
      Много пожаров может быть вызвано такими причинами, как разрушение газопроводов, печей, замыкание электрических проводов и др.
      И, наконец, о радиоактивном излучении атомного взрыва.
      В момент взрыва атомной бомбы возникают мощные потоки ядерных осколков, нейтронов, электронов и гамма-лучей. Действуя на окружающее, эта частицы создают в районе взрыва большие количества разных искусственных радиоактивных веществ, которые заражают воздух и местность. Сами ядерные осколки, образующиеся при взрыве, также радиоактивны. Кроме того, в зоне взрыва образуются большие количества урановой или плутониевой пыли. В результате вокруг получаются радиоактивные вещества, которые обладают самыми различными сроками «жизни». Период полураспада одних — секунды и минуты, других — часы, третьих — дни и месяцы. Поэтому даже спустя долгое время в том месте, где взорвалась атомная бомба, можно с помощью особых приборов (их называют дозиметрическими) обнаружить радиоактивные излучения.
      Опасное действие продуктов распада взорвавшегося ядерного ВВ и образующихся при этом радиоактивных веществ может сказываться двояко. С одной стороны, для организма наиболее опасны потоки быстрых нейтронов и гамма-излучение, образующиеся как прямые продукты распада ядерного ВВ в атомной бомбе, с другой — опасность представляют излучения радиоактивных веществ, в больших количествах образующихся вблизи от взрыва (так называемая остаточная радиация).
      Действие проникающей радиации при атомном взрыве продолжается 10 — 15 секунд. Некоторые расчеты показывают, что при взрыве атомной бомбы той мощности, о которой говорилось выше, смертельная доза гамма-излучения на организм незащищенного человека будет распространяться на расстояние до 1400 метров от эпицентра атомного взрыва, а поражение нейтронами — в зоне радиусом до 800 метров от эпицентра. В более легких случаях человек заболевает так называемой лучевой болезнью. Как правило, она заканчивается выздоровлением. По мере удаления от места взрыва доза радиации резко уменьшается.
      Облучение бета-частицами (быстрыми электронами) действует только на кожу незащищенного человека, вызывая в тяжелых случаях язвы и кровоподтеки.
      Характер и степень радиоактивного заражения воздуха и местности, а также расположенных вне укрытий на этой местности вооружения, техники и людей зависят от высоты, на которой произведен взрыв, и от многих внешних причин (от рельефа местности, от погоды и т. д.).
      Если бомба взрывается высоко над поверхностью земли, радиоактивные продукты деления ядерного горючего рассеиваются на большой площади и поэтому менее опасны. При этом район взрыва уже через несколько минут становится безопасным. При взрыве на небольшой высоте почва и вода заражаются сильнее. При этом некоторая зона вблизи от эпицентра взрыва становится опасной для жизни незащищенного человека. Принимая специальные меры защиты, уже через четверть часа после взрыва через эту зону могут безопасно двигаться машины, а через 6 часов — люди. Даже наиболее сильно зараженные участки местности через несколько дней становятся безопасными.
      Остаточная радиация может действовать на человека и животных не только внешним путем, но и внутренним, в тех случаях, когда распыленные радиоактивные вещества проникают внутрь организма (через дыхательные органы, желудок, раны). При ©том также возможно заболевание лучевой болезнью.
      Радиоактивные вещества, попавшие на кожу и слизистые оболочки глаз, носа и рта и своевременно не удаленные, могут вызвать язвы и воспаления. Поэтому при движении через ^зараженную площадь необходимо принять меры к тому, чтобы рассеянная в воздухе радиоактивная пыль не попадала внутрь организма. Надежной защитой здесь могут служить обычные противогазы и другие специальные меры защиты. Боевой технике радиоактивные вещества вреда не приносят. Однако, чтобы избежать поражения при обращении с зараженной техникой, радиоактивные вещества нужно удалить с ее поверхности.
      Иной характер носит радиоактивное воздействие при атомном взрыве под водой. В этом случае потоки нейтронов и гамма-лучей почти полностью поглощаются водой. Но при этом велика остаточная радиация; другими словами, усиливается опасность поражения тела радиоактивными веществами, которые образуются в больший количествах в воде. Поэтому кораблю опасно находиться долгое время в зараженных водах (но вполне безопасно пройти через такую зону).
      Опасен и радиоактивный дождь, который выпадает иногда после атомного взрыва в воде или под водой.
      Если подводный атомный взрыв произведен вблизи от берега, может быть поражена и прилегающая береговая полоса.
      Таковы некоторые данные о действии атомных бомб.
      Ядерное ВВ может быть использовано также в ракетных и артиллерийских снарядах, в торпедах, в самолетах-снарядах. Все они, как и атомная бомба-, являются оружием взрывного действия.
      Другим видом атомного оружия могут служить специально приготовленные боевые радиоактивные вещества, содержащие радиоактивные атомы (в виде жидкостей, дымов, порошков или в смеси с отравляющими веществами). Такие вещества, по данным американской печати, предназначаются для заражения местности и воздуха с целью поражения людей. Ими могут снаряжаться авиабомбы, ракеты, артиллерийские снаряды, мины.
      Поражающее действие боевых радиоактивных веществ не отличается от действия радиоактивных веществ, образующихся при атомном взрыве.
      Особенности действия атомного оружия требуют и особых способов защиты от него. Эти способы должны включать в себя защиту одновременно от ударной волны, светового излучения, проникающей радиации, а также от радиоактивного заражения местности.
      Несмотря на то, что атомное оружие является наиболее мощным, существуют надежные средства и способы защиты от его воздействия.
      Лучшие результаты дают рассредоточение войск и техники и укрытие их в подземных сооружениях. Вместе с этим необходимо принимать меры к увеличению прочности различных сооружений, как вновь строящихся, так и существующих.
      Наиболее важные военные объекты рекомендуется укрывать в тяжелых бетонных и железобетонных сооружениях.
      Для защиты людей можно использовать различные оборонительные сооружения, боевые машины, складки местности, разные местные предметы, а также индивидуальные средства противохимической защиты — противогаз, накидку, защитный костюм, чулки, перчатки. Боеприпасы, горючее и смазочные материалы, продовольствие, фураж следует укрывать в щелях и нишах. Носимый бойцом запас продовольствия (НЗ) надо завертывать в 2 — 3 слоя плотной бумаги или ткани. Для зашиты оружия, боевой техники и имущества используются окопы, укрытия, складки местности.
      Следует помнить, что, увидев вспышку атомного взрыва, можно успеть занять какое-либо находящееся в двух-трех шагах укрытие (например, укрытие за танком, самоходным орудием и т. п.). Если укрытия нет, надо тут же лечь вниз лицом, а ногами в сторону взрыва и спрятать под себя кисти рук. Это уменьшит поражение ударной волной и световым излучением. Находясь в танке, следует немедленно закрыть люк и жалюзи.
      При этом надо помнить, что за атомным нападением, как правило, последует атака противника. Поэтому надо быть готовым к бою и вести неослабное наблюдение за противником.
      В книге «Действие атомного оружия» указывается, что железобетонная стена толщиной в 30 сантиметров хорошо защитит от ударной волны и потоков нейтронов и гамма-лучей на удалении более 800 метров от эпицентра атомного взрыва. Потоки нейтронов и гамма-лучей распространяются при взрыве бомбы из центра огненного шара во все стороны. Поэтому размещать людей необходимо в таких укрытиях, которые преграждали бы путь радиоактивным излучениям и снижали их концентрацию. На основании некоторых подсчетов в книге высказывается мнение, что для уменьшения дозы гамма-излучения ниже смертельной на расстоянии 700 метров от эпицентра взрыва необходим защитный слой бетона толщиной в 50 сантиметров или земли толщиной в 75 сантиметров.
      Надежные убежища для населения рекомендуется оборудовать в нижних этажах или подвалах прочных железобетонных зданий и зданий со стальным каркасом.
      Если убежище строится отдельно, оно должно быть расположено вдали от строений, особенно больших, чтобы не быть засыпанным.
      Чтобы надежнее защитить себя от светового излучения, необходимо укрывать обнаженные части тела. Любая преграда, защищающая от прямого действия света, полностью исключает ожоги. Обмундирование также является защитой от светового излучения. Крутости траншей, покрытия и стены различных оборонительных сооружений, а также броня (танков, самоходных артиллерийских установок и т. д.) резко ослабляют и действие проникающей радиации.
      Необходимо удалять горючие материалы, особенно от окон и входов строений и укрытий. Открытые деревянные части оборонительных сооружений рекомендуется обмазывать глиной или землей. Это уменьшает возможность пожаров. Большое значение при этом имеет хорошо организованная противопожарная охрана.
      После взрыва атомной бомбы или другого снаряда с ядерным ВВ, а также в случае применения боевых радиоактивных веществ необходимо принять защитные меры от остаточной радиации. Личный состав должен пройти санитарную обработку (частичную или полную, в зависимости от боевой обстановки), чтобы удалить радиоактивные вещества с обнаженных частей тела, с одежды и материальной части. Достаточно надежным способом служит мытье водой с мылом. Особенно тщательно следует промыть волосы, складки кожи; прочистить ногти, нос, рот. Еще лучшее действие при санитарной обработке оказывают некоторые специальные химические растворы.
      Для срочного удаления радиоактивных веществ с одежды следует применять любые чистые, не зараженные радиоактивными веществами материалы — бумагу, траву, листья, паклю, песок и т. д.
      Нельзя пользоваться водой в зараженном районе без разрешения командира.
      Индивидуальной защитой бойца могут служить специальная одежда и обувь. От поражения радиоактивными веществами и от светового излучения можно с успехом использовать противогаз и другие средства противохимической защиты, а также такие подручные средства, как полотенце, носовой платок, марлю (для защиты органов дыхания) и мешковину, рогожу, маты из соломы, камыша, веток (для защиты обмундирования и обуви).
      Процесс удаления радиоактивных веществ с того или иного предмета называется дезактивацией. Различают химические и физические методы дезактивации. При химической дезактивации применяются специальные жидкости, которые растворяют радиоактивные вещества и таким образом позволяют смывать их затем водой. Использованные при этом растворы становятся радиоактивными и должны быть удалены (например, их можно сливать в глубокие ямы и забрасывать землей). Физические методы заключаются в том, что с предмета снимается верхний слой (если это возможно). Для этой цели можно применять щетки, наждак и другие материалы.
      В книге «Действие атомного оружия» указывается, что для дезактивации палуб, бортов и других частей кораблей с успехом применялись пескоструйные установки. Для дезактивации точных приборов и подшипников следует использовать различные мягкие материалы, например опилки.
      Помимо указанных средств обработки зараженных предметов, в отдельных случаях можно применять и такой способ: зарывать предметы глубоко в землю или же временно не использовать их, пока естественный радиоактивный распад не снизит остаточную радиацию до безопасной величины.
      Еще раз отмечаем, что приведенные данные относятся к так называемой «номинальной» атомной бомбе (см. приложение, стр. 115 — 125). В случае применения атомных бомб большей или меньшей мощности эти данные во многом могут быть другими.
      Атомная бомба — опасное оружие массового уничтожения. Но «не так страшен черт, как его малюют». Атомные бомбы предназначены для устрашения слабонервных. Они не могут решить судьбы войны, так как для этого совершенно недостаточно атомных бомб. Как и прежде, исход войны зависит от ряда факторов — политических, экономических, военных.
      Войска, хорошо подготовленные к действиям в условиях применения атомного оружия, могут успешно выполнять свои боевые задачи.
      Зная особенности атомного оружия, можно своевременно находить от него простые и надежные способы защиты. Защита личного состава от атомного оружия достигается использованием в качестве укрытий оборонительных сооружений, боевых машин, складок местности и местных предметов, индивидуальных средств противохимической защиты.
      В нашей стране ведутся работы по использованию атомной энергии для мирных целей. Вместе с тем для обеспечения своей безопасности Советский Союз вынужден уделять внимание производству атомного оружия.
      Как известно из сообщения ТАСС, осенью 1953 года в СССР были произведены успешные испытания атомных бомб новых типов.
     
      6. О водородной бомбе
     
      До сих пор мы говорили об атомной энергии, получаемой из тяжелых ядер путем их деления. Но единственный ли это путь? Нельзя ли получать атомную энергию и другим способом, соединяя легкие атомные ядра в более тяжелые? Можно.
      В настоящее время физики добились успехов и в этом направлении, причем таким путем можно получать еще больше атомной энергии. Наиболее выгодными в этом отношении оказываются процессы образования более сложных ядер ив простейших ядер — ядер водорода.
      Примером такой ядерной реакции может служить реакция, протекающая в недрах Солнца и многих других звезд. Как теперь считают ученые, на Солнце происходит превращение водорода в гелий. Расчеты показывают, что такое превращение может давать ту громадную энергию, которую выделяет Солнце.
      Условия существования атомов в недрах Солнца и звезд резко отличаются от земных. Вещество находится там под огромным давлением; температура достигает многих миллионов градусов. Атомы движутся с очень большими скоростями; они беспрерывно сталкиваются друг с другом, разрушая свои электронные оболочки. Атомы в недрах звезд почти полностью ионизованы. Звездное вещество — это скопление атомных осколков — ядер и электронов. Плотность вещества в недрах Солнца необычайно велика. Ввиду малых размеров ядер атомов плотность вещества в них, как известно, достигает большой величины.
      В этих условиях ядра атомов могут проникать друг в друга; в недрах звезд происходят непрерывные ядерные превращения.
      Как же осуществляется здесь превращение водорода в гелий?
      В составе Солнца и звезд, помимо этих двух элементов, находятся также ядра атомов углерода. Эти ядра и помогают водороду превращаться в гелий.
      Ядро углерода (масса 12, заряд 6) Сталкивается с протоном, то есть с ядром водорода (масса 1, заряд 1) и превращается в легкий изотоп азота (масса 13, заряд 7), излучая при этом часть ядерной энергии в виде гамма-лучей. Но такой изотоп неустойчив. Он выбрасывает из себя быстрый позитрон (масса 0, заряд 1), обладающий значительной энергией, и превращается в тяжелый изотоп углерода (масса 13, заряд 6). Этот изотоп живет до тех пор, пока в него не попадет протон; при этом он превращается в ядро обычного азота (с массой 14 и зарядом 7), излучая гамма-лучи.
      На этом ядерная реакция не оканчивается. Когда ко вновь образовавшемуся ядру азота присоединяется очередной прогон, возникает неустойчивый изотоп кислорода с массой 15 и зарядом 8; он живет недолго, испускает позитрон и превращается в устойчивый тяжелый изотоп азота с массой 15 и зарядом 7. А это ядро,, захватив новый протон, раскалывается на две половинки: на ядро обычного углерода и ядро гелия.
      Таким образом, в результате шести ядерных реакций из одного ядра углерода и четырех водородных ядер образуется такое же ядро углерода и одна альфа-частица, или, что то же, ядро гелия. Цикл ядерных реакций оказывается замкнутым; количество углерода остается неизменным, количество водорода убывает, а гелия прибывает.
      При этом и выделяется освобождающаяся при реакциях энергия — та самая энергия, которая служит источником жизни на Земле.
      Подтверждением того, что на Солнце происходит именно такая ядерная реакция, служит один интересный подсчет. Водорода в составе звезд очень много, не менее одной трети. Поэтому количество энергии, которая выделяется при превращении водорода в гелий, зависит только от содержания углерода. Чем больше этого элемента, тем больше энергии будет излучать Солнце. Зная, сколько оно излучает энергии, ученые подсчитали, что в его составе должно находиться около одного процента углерода. При таком содержании углерода Солнце должно выделять именно то количество энергии, какое оно излучает в действительности.
      Спектральным анализом солнечных лучей установлено, что на Солнце содержится именно около одного процента углерода!
      Реакции, подобные описанной, при которых в результате сильного нагревания происходит превращение ядер, называются термоядерными реакциями (от греческого слова «термос», что значит «теплый»). Они могут протекать только при очень высоких температурах, измеряемых десятками миллионов градусов. При таких температурах энергия (скорость) частиц настолько велика, что некоторые из ядер химических элементов могут сближаться на расстояния, где между ними начинают действовать силы ядерного взаимодействия. В результате этого взаимодействия и происходят термоядерные реакции, при которых из легких ядер образуются более тяжелые, с выделением очень больших количеств энергии.
      Чтобы получить энергию, выделяющуюся при образовании одного килограмма гелия из водорода, необходимо сжечь около 15 тысяч тонн бензина!
      Соединение протонов в ядра гелия в недрах Солнца и звезд происходит очень медленно. Для того, чтобы осуществился описанный выше замкнутый цикл термоядерных реакций, требуется около 5 миллионов лет. Именно поэтому атомная энергия в виде тепла и света излучается Солнцем на протяжении многих миллиардов лет. Но есть и такие термоядерные реакции, которые идут несравненно быстрее, заканчиваясь в течение секунд и долей секунды.
      Одна ив подобных термоядерных реакций — реакция образования гелия ив двух тяжелых изотопов водорода — дейтерия (с массой 2) и трития (с массой 3).
      Такая реакция и может быть использована для создания другого типа атомного оружия — водородной бомбы.
      Дейтерий входит в состав обычной воды, из которой его выделяют с помощью электрического тока-. Тритий получают искусственно, например, ив лития при облучении нейтронами.
      Чтобы реакция между дейтерием и тритием началась, необходима очень высокая температура. Такую температуру можно получить только при взрыве атомной — урановой или плутониевой бомбы. Поэтому водородная бомба должна иметь внутри своей оболочки, наполненной дейтерием и тритием, атомную бомбу, которая выполняет здесь роль капсюля-детонатора. Взрываясь, она «поджигает» водородное горючее. Начинается термоядерная реакция, которая значительно увеличивает мощность взрыва! водородной бомбы.
      Принципиальную схему устройства водородной бомбы можно представить себе следующим образом (см. правую часть рисунка 28). В оболочке заключен запас водородного горючего, содержащего дейтерий и тритий (Д + Т). Вблизи от него помещены два удаленных друг от друга полушария из урана 235 или плутония. Для сближения этих полушарий используются заряды из тротила. Если одновременно подорвать заряды из тротила, то полушария соединялся и масса ядерного горючего дойдет до критической — начинается цепная реакция, происходит взрыв атомной бомбы. Создаются условия для протекания термоядерной реакции, водородная бомба взрывается.
      При взрыве водородной бомбы, как и при взрыве атомной бомбы, образуется большое количество радиоактивных веществ. Помимо этого, в воздухе цри взрыве водородной бомбы появляется много трития и радиоактивного углерода. Последний, соединяясь с кислородом воздуха, образует радиоактивный углекислый газ.
      В состав тяжелых изотопов водорода входят нейтроны: ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона, а ядро трития — из одного протона и двух нейтронов. При образование гелия из дейтерия и трития выделяются свободные нейтроны, обладающие большой кинетической энергией, благодаря чему поддерживается очень высокая температура, которая, как говорилось, необходима для протекания термоядерной реакции. По этой причине дейтерий и тритий и пригодны для использования в качестве ядерного ВВ в водородной бомбе. Кроме того, такая реакция протекает очень быстро.
      Большие количества энергии выделяются при термоядерных реакциях между двумя ядрами дейтерия, а также, например, между дейтерием и литием. Эти и другие реакции могут быть использованы для создания водородной бомбы.
      Осуществить термоядерную реакцию между атомами других химических элементов значительно труднее. Дело в том, что ядра изотонов водорода обладают наименьшим электрическим зарядом. Заряд ядра у атомов других элементов больше, чем заряд ядер дейтерия или трития. А это имеет очень существенное значение: чем больше электрический заряд ядер, тем больше потребуется энергии для преодоления действующих между ними электрических сил отталкивания.
      Другими словами, для осуществления термоядерной реакции между атомами более тяжелых элементов необходимы еще более высокие температура и давление, чем для изотопов водорода. Так, например, для того, чтобы преодолеть силы отталкивания между ядрами кислорода, заряд которых, как мы уже знаем, по величине в 8 раз больше заряда водородных ядер, необходима такая кинетическая энергия, которую ядра кислорода могут приобрести при температуре, достигающей десятков миллиардов градусов!
      Вот почему именно водород, а не другие, более тяжелые элементы, и является ядерным ВВ.
      При одном и том же количестве ядерного горючего водородная бомба выделяет примерно в 8 — 10 раз больше энергии, чем атомная.
      В отличие от тяжелого ядерного горючего, типа урана 235 и плутония, водородное ядерное горючее не имеет критической массы: его можно брать в любом количестве и увеличивать тем самым еще больше силу взрыва (при условии, если водородное горючее успеет «сгореть», прежде чем разрушится оболочка бомбы).
      Водородные заряды, как и атомные, могут применяться в авиационных бомбах, в ракетных снарядах и торпедах.
      Научно обоснованное исследование взрыва водородной бомбы позволяет разрабатывать способы защиты от него. Применяя правильно построенные укрытия, войска могут в значительной мере снизить потеря, причиняемые водородным оружием.
      В заключение надо сказать, что взрыв атомных и водородных бомб можно использовать не только для военных целей разрушения, но и в мирных целях. Например, если зарыть водородную бомбу глубоко в землю, то при взрыве она выбросит многие сотни тысяч кубических метров грунта. Атомные взрывы могут использоваться при строительстве каналов., железных дорог, гидроэлектростанций и т. д. Атомная энергия, за мирное применение которой ведет борьбу Советский Союз, позволит решать величественные задачи преобразования нашей планеты на благо человечеству.
      Благодаря выдающимся успехам советских ученых в нашей стране успешно разработаны методы производства ядерной энергии. В результате этого, как известно. Соединенные Штаты Америки уже давно потеряли монополию на «секрет» атомной бомбы. Однако американские империалисты не успокоились и в целях установления мирового господства пытались запугать народы более мощным оружием, чем атомная бомба, — водородной бомбой. Но и здесь расчеты американских империалистов потерпели провал. Уже 8 авгита 1953 года, на пятой сессии Верховного Совета СССР, Председатель Совета Министров товарищ Г. М. Маленков доложил Верховному Совету, что США не являются монополистами и в производстве водородной бомбы. Вслед за этим 20 августа 1953 года в печати было опубликовано Правительственное сообщение об испытании водородной бомбы в Советском Союзе. Испытание показало, что мощность водородной бомбы во много раз превосходит мощность атомных бомб.
      Обладая атомным и водородным оружием, Советский Союз последовательно ведет борьбу за их запрещение, как и любого другого оружия массового уничтожения людей. Это соответствует политике Советского государства, направленной на предотвращение новой войны и на укрепление мира и сотрудничества между народами. Новейшие средства вооружения — атомная и водородная бомбы, которые в руках агрессоров являются средствами развязывания войны, — в наших руках являются хорошими средствами охраны мира, ибо они связывают руки тем, кто хотел бы воевать. Мы не угрожаем никому, но вооружаем свою армию новейшим вооружением, чтобы быть готовыми достойно ответить любому агрессору.
     
      7. Мирное применение атомной энергии
     
      Открытие промышленных способов получения атомной энергии имеет огромное значение для развития производительных сил. Уже в ближайшие годы атомная энергия позволит решить многие важнейшие научные и Технические проблемы, которые в настоящее время считаются еще неразрешимыми. Широкое использование атомной энергии в мирных целях окажет огромное влияние на развитие современной науки и техники.
      Запасы атомной энергии в природе практически не ограничены. Правда, пока мы можем использовать для ее получения лишь немногие химические элементы. Но в будущем число таких веществ, несомненно, возрастет.
      В настоящее время основным источником атомной энергии является тяжелый металл уран. В природе он находится в виде соединений с другими химическими элементами. Для того, чтобы получить ядерное горючее, из этих соединений добывают химически чистый уран. Для этого урановая руда, добываемая на рудниках, сначала обрабатывается на обогатительных фабриках, в результате чего в руде повышается процентное содержание урана, а затем она поступает на химические и металлургические заводы (рис. 29). Ядерное горючее — химически чистый уран — выпускают в виде блоков различных размеров, которые и используются в атомных котлах.
      Большое значение будут иметь атомные энергостанции по производству электрической энергии. Крайне незначительные расходы ядерного топлива дают возможность получать большое количество энергии. Как уже говорилось, небольшой кусочек урана, величиной всего со спичечную коробку, выделяет такую энергию, какую можно получить от сгорания примерно 3 000 000 кубических метров-горючего газа или 1250 тонн нефти! На атомной энергостанции не будет золы и дыма; она почти не нуждается в воде. Taкая станция может строиться в любом районе — в песках пустыни, в местах, далеких от железной дороги, на Крайнем Севере.
      Так как для работы атомного котла не нужен воздух (он не нуждается в кислороде для сжигания топлива) эти установки можно помещать глубоко под землей (см. рис. 29). Толстый слой земли явится надежной защитой от радиоактивных излучений.
      Атомный двигатель уже в недалеком будущем совершит техническую революцию в области всех видов транспорта. Правда, пока еще на этом пути имеются очень серьезные трудности. Размеры современных установок, производящих атомную энергию, очень велики. Атомный котел в его современном виде нельзя поставить на самолет или на автомобиль. Однако нет сомнения, что небольшие по размерам и легкие двигатели на ядерном горючем будут созданы.
      Особое значение такие двигатели будут иметь там, где необходимо обеспечить большую скорость, а также дальность движения.
      С созданием легких атомных двигателей появятся подводные корабли, способные находиться под водой очень долгое время, не пополняя запасы топлива и кислорода (обеспечить запасы кислорода для дыхания находящихся на подводном судне людей сравнительно нетрудно). Такие суда можно будет использовать, например, для подводного плавания подо льдом — в Арктике и Антарктике.
      Неизмеримо возрастет скорость и дальность полета у самолетов и ракет.
      Ядерное горючее дает возможность создать такую ракету, которая сможет преодолеть силу земного притяжения. Фантастические мечты о межпланетных полетах скоро станут действительностью!
      Как известно, ракета движется за счет силы реакции, которая возникает в результате выброса из ракеты с большой скоростью газов — продуктов сгорания топлива. Чем выше скорость истечения газов, тем больше скорость ракеты. Чтобы создать ракету, способную улететь от Земли, необходима скорость не менее 11,2 километра в секунду. Построить такую ракету на каком-либо из известных нам видов химического топлива невозможно, и вот почему. Ракета, работающая даже на лучшем химическом топливе и развивающая скорость только 3,3 километра в секунду, должна состоять почти из одного горючего. Расчеты показывают, что вес топлива у такой ракеты будет равен 96 процентам начального ее веса. Это обстоятельство и не позволяет сконструировать межпланетную ракету на химическом топливе.
      Используя ядерное горючее, можно получить значительно большую скорость ракеты. Например, нагревая водород за счет тепла, выделяющегося при делении ядер урана, можно поднять его температуру до 5000 — 6000 градусов. При этом скорость его истечения из ракеты может достичь 11 — 12 километров в секунду, что позволит оторваться от нашей планеты Земли.
      Конечно, осуществление всех этих заманчивых проблем далеко не легкая задача. Потребуются новые материалы, новые способы автоматического управления, новые отрасли промышленности. Так, например, для межпланетной ракеты необходимо создать необычайно прочные сплавы, способные длительное время выдерживать очень высокую температуру, стойкие к радиоактивным воздействиям. Потребуются материалы, способные быстро отдавать тепло в окружающее пространство. Предстоит найти легкие средства защиты от радиоактивного излучения.
      Однако возможности науки неограниченны. Поэтому нельзя сомневаться в том, что все эти сложные вопросы будут решены в недалеком будущем.
      Мы уже говорили, что в атомном котле получают очень много искусственных радиоактивных атомов. С помощью таких атомов решают важные вопросы.
      С движением атомов и молекул связаны многие свойства окружающих нас тел, оно служит причиной разнообразных природных явлений. Поэтому уже давно ученые пытались найти способы, позволяющие следить за движением невидимых частиц вещества, отличать отдельные атомы какого-либо химического элемента от других точно таких же атомов этого элемента. Подобным образом метят, например, трассирующие пули, чтобы следить за их полетом.
      Первые меченые атомы были найдены в природе: это знакомые нам изотопы химических элементов — как радиоактивные, так и нерадиоактивные.
      Изотопы какого-либо элемента при всех химических превращениях ведут себя одинаково; в то же время их можно отличить друг от друга: нерадиоактивные изотопы различаются своим весом, а радиоактивные тем, что они постепенно распадаются, выбрасывая из себя электрически заряженные частицы. По этим признакам за ними можно следить, то есть узнавать их присутствие в различных соединениях, и таким образом определять, как «путешествуют» разные атомы при различных химических превращениях.
      Из природных нерадиоактивных изотопов довольно часто применяют в качестве меченых атомов тяжелые изотопы водорода и кислорода, которые по весу заметно отличаются от своих легких братцев и это позволяет обнаруживать их в том или ином химическом соединении.
      Обнаружить присутствие радиоактивных изотопов уже гораздо проще — они выдают себя своим излучением; с помощью того же счетчика Гейгера-Мюллера можно легко находить радиоактивные изотопы в любом месте, в любом веществе.
      С помощью таких меченых атомов учеными было решено много сложных вопросов. Вот один пример. Мы уже говорили (на стр. 57) о том, что в атмосфере Земли всегда имеется некоторое количество углекислого газа, в состав которого входит радиоактивный изотоп углерода.
      Углекислый газ служит пищей растениям. Растения используют его для построения своих клеток. Вместе с атомами обычного углерода в растения попадают из воздуха и их неустойчивые близнецы — атомы радиоактивного углерода.
      Если растение живет, то содержание меченых радиоактивных атомов углерода в нем не меняется — взамен распадающихся атомов в организм растения поступают новые меченые атомы углерода из атмосферы. Но вот растение погибает. Поглощение углекислого газа из воздуха прекращается.
      С этого момента число меченых радиоактивных атомов в растении начинает уменьшаться. Через шесть тысяч лет число меченых атомов радиоактивного углерода уменьшается вдвое, через, двенадцать тысяч лет остается одна Четверть всего количества радиоактивного углерода и т. д.
      Воспользовавшись этим, можно узнать, например, когда было срублено то или другое дерево, и таким образом определить, когда, например, была воздвигнута какая-нибудь древняя постройка.
      Таким методом был определен «возраст» многих древних поселений, открытых при раскопках. Находя в этих раскопках остатки деревянных построек, ученые с помощью счетчика Гейгера-Мюллера определяли соотношение радиоактивных и нерадиоактивных атомов углерода в кусках дерева и отсюда вычисляли, когда эти деревья были срублены. Так был определен, например, возраст одной деревянной гробницы, остатки которой были найдены в пустыне Сахара. Меченые атомы показали, что гробница была выстроена около 4750 лет назад.
      Природные меченые атомы дали возможность определять также возраст горных пород.
      Однако, как ни интересны отдельные применения природных меченых атомов, использование их ограничено. Несравненно более широко и многообразно применяются в пауке и технике другие меченые атомы — искусственные радиоактивные изотопы, полученные впервые Жолио-Кюри.
      Правда, как уже говорилось, многие из таких изотопов распадаются в течение секунд и минут. Проходит короткое время, и искусственно полученные меченые атомы распадаются, теряют свою метку, после чего их уже не обнаружишь никакими приборами. Поэтому при работе с такими атомами надо спешить. Однако такую короткий жизнь живут не все радиоактивные изотопы. Многие из них существуют очень долго.
      Теперь получены радиоактивные изотопы всех элементов, и благодаря этому метод меченых атомов стал могущественным средством научного исследования.
      Особенно широкое и ценное применение меченые атомы находят в биологии, при изучении жизни живых организмов.
      Радиоактивные изотопы позволяют почти наглядно следить за процессом обмена веществ в организме, узнавать, где, в каких органах задерживается тот или иной элемент, принятый с пищей или лекарством. Меченые атомы позволили, например, установить, что иод, принятый внутрь, скапливается главным образом в области щитовидной железы, у гортани.
      Интересные результаты были получены, когда ученые стали изучать с помощью меченых атомов, где и как располагается в организме человека фосфор. Оказалось, чего принятые вместе с пищей радиоактивные атомы фосфора поступают главным образом в кости. Таким образом, фосфор, который является необходимой составной частью нашего скелета, в костях беспрерывно обновляется: в них постоянно поступает новый фосфор, а старый выбрасывается.
      Фосфор входит в состав красных кровяных шариков. Вводя в организм меченые атомы фосфора, можно изучать движение крови в организме. Такими исследованиями было найдено, что кровь, перелитая из одного организма в другой, усваивается новым организмом не сразу: на это необходимо не менее трех дней.
      Советские ученые проводят большие исследования с мечеными атомами в области изучения и лечения различных болезней. Радиоактивные атомы позволяют изучать, насколько хорошо усваивается организмом лекарство, принятое больным. Меченые атомы, введенные в состав лекарства, дают возможность врачу видеть, на какое время задерживается в организме лекарство, в каких органах оно скапливается.
      Больного готовят к операции. Необходимо удалить не-, большую мозговую опухоль. Но для этого прежде надо точно определить, где она находится. В организм вводят такие вещества с радиоактивными атомами, которые поглощаются опухолью, а меченые атомы, попавшие в опухоль, уже нетрудно обнаружить. Так определяется положение опухоли.
      Для лечения гипертонии необходимы лекарства, которые расширяли бы кровеносные сосуды, создавая тем самым более свободное движение крови. Как можно подбирать такие лекарства? Больному дают подышать воздухом, в который примешаны радиоактивные атомы редкого газа ксенона. Попадая в легкие и затем в кровь, меченые атомы ксенона разносятся по всему телу. С помощью счетчика врач определяет, за какое время атомы ксенона проходят путь от легких до конечностей. Затем больной принимает лекарство, и через некоторое время врач снова проверяет, с какой скоростью атомы ксенона распространяются по организму. Если теперь они проходят путь от легких к конечностям скорее, значит кровь разносится по телу с большей скоростью, лекарство действует.
      Меченые атомы помогли разрешить ряд важных вопросов, связанных с жизнью растений.
      До недавнего времени считалось, что углекислота, поглощаемая растением из воздуха, расщепляется в нем при помощи солнечного света на углерод и кислород, причем углерод используется растением для создания углеводов (крахмала, сахара и др.), а кислород выделяется обратно в воздух. Такой процесс называется фотосинтезом. Методом меченых атомов было установлено, что в действительности углекислота усваивается растением целиком, а кислород, выделяемый в атмосферу, растение берет из воды, которую оно получает из почвы. Оказалось, что корни растений берут из почвы и углекислоту, передавая ее листьям, где она усваивается растением.
      Меченые атомы показали также, что при фотосинтезе в теле растения образуются не только углеводы, но и белки.
      С помощью меченых атомов было установлено, с какой скоростью движутся в растительных организмах различные питательные вещества. Так, например, было найдено, что за один час вола в некоторых деревьях проходит по древесине до 14 метров; скорость движения веществ от корней к листьям достигает 2 — 4 метров в час.
      Большое применение находят меченые атомы и в современной технике, в промышленности. Так, например, метод меченых атомов во многом помогает исследователям, создающим новые сплавы. Меченые атомы помогают определять, от чего зависит степень износа различных деталей машин. С их помощью определяют скорость различных металлургических процессов.
      Таковы далеко не полные возможности нового выдающегося средства научного исследования — метода меченых атомов. Меченые атомы получают теперь в больших количествах в атомных котлах.
      Основная задача, над которой работает наша наука, — использование ядерной энергии в мирных целях на благо народа.
      Выдающийся английский ученый и известный прогрессивный деятель Джон Бернал говорил, что «в капиталистических странах судьба науки находится в руках тех, чья цель состоит в том, чтобы уничтожать и мучить людей во имя увеличения и сохранения своих собственных прибылей».
      В нашей, социалистической стране, где основным экономическим законом является обеспечение максимального удовлетворения постоянно растущих материальных и культурных потребностей трудящихся, созданы все условия, позволяющие широко использовать атомную энергию для технического прогресса и увеличения общественного богатства.
      Атомная энергетика скоро неузнаваемо изменит нашу жизнь. Мы вступаем в новый, атомный век, век овладения человеком самыми могущественными силами природы.
     
      ЗАКЛЮЧЕНИЕ
     
      О открытие способов получения атомной энергии не является изобретением какого-либо одного ученого, одной страны. Успех был достигнут в результате длительного изучения атома и его ядра, изучения естественной и искусственной радиоактивности.
      Большой вклад в это дело внесли советские ученые: нашими физиками было открыто явление самопроизвольного деления ядер урана; дана первая теория деления атомных ядер и т. д.
      В годы второй мировой войны США, пользуясь тем, что всю основную тяжесть войны нес на себе Советский Союз, развернули большие работы по созданию первых установок, производящих ядерное взрывчатое вещество. В этих работах приняли участие многие крупные ученые — специалисты по ядерной физике, бежавшие в США из Германии, Италии и других стран от фашистского режима. Единственной целью этих работ было создание атомной бомбы как нового средства массового уничтожения людей. В 1945 году новое оружие было применено американскими войсками в Японии, хотя в этом не было никакой военной необходимости. Сбрасывая атомные бомбы на мирных людей, американские империалисты преследовали политические, а не военные цели: они хотели запугать народы мира новым видом оружия, чтобы облегчить таким путем достижение мирового господства. Атомная бомба в руках американского империализма стала средством политического шантажа и запугивания других государств.
      Империалистические хищники рассчитывали на то, что США долго будут единственными обладателями атомного оружия. Однако их расчеты скоро потерпели крах. Уже в 1947 году министр иностранных дел Советского Союза товарищ В. М. Молотов заявил о том, что секрета атомной бомбы не существует. Это заявление означало, что Советский Союз открыл секрет атомного оружия и имеет это оружие в своем распоряжении.
      Вместе с тем Советский Союз возглавил борьбу за запрещение атомного оружия как оружия преступного, массового уничтожения людей.
      Проводя неустанную политику мира и дружбы между народами, Советское государство в послевоенные годы неоднократно настаивало на том, чтобы это массовое оружие разрушения было полностью запрещено, поставлено вне закона. Однако требование Советского Союза о запрещении атомного оружия и прекращении его производства каждый раз отвергалось державами агрессивного блока, возглавляемого США. Поэтому Советский Союз, овладев производством атомной энергии, создал свое атомное оружие, чтобы обеспечить безопасность страны.
      После того как политика запугивания атомной бомбой провалилась, американские агрессивные круги пугают свободные народы «сверхатомной», водородной бомбой. Агрессивные круги искусственно поддерживают атмосферу военной истерии, угрожают миру водородной бомбой, открыто провозглашают установку на политику силы и на длительную холодную войну, позволяют ceбe прибегать к методам угроз и запугиваний.
      Что можно сказать по этому поводу? Прежде всего следующее. Известно, что в Советском Союзе царит атмосфера бодрости, уверенности, мирного творческого труда. В Соединенных Штатах Америки, как это признают сами американские официальные круги, общественная атмосфера отравлена чувством страха, боязни, подавленности. Вот, следовательно, каков результат политики угроз и запугиваний.
      Если, однако, агрессивные круги, уповая на атомное оружие, решились бы на безумие и захотели испытать силу и мощь Советского Союза, — то можно не сомневаться, что агрессор будет подавлен тем же оружием и что подобная авантюра неизбежно приведет к развалу капиталистической общественной системы.
      В настоящее время наша страна имеет атомное оружие различных типов и калибров. Советская Армия готова дать сокрушительный отпор любому врагу, обладающему любым оружием.
      Сообщение Советского правительства об испытании в 1953 году в нашей стране водородной бомбы было использовано агрессивными иностранными крупами для запугивания народов тем фактом, что Советский Союз владеет секретом производства водородного оружия; они старались в связи с этим вызвать тревогу и ускорить таким путем гонку вооружений. Поэтому Советское правительство в сообщении об испытании водородной бомбы в нашей стране заявило о том, что, как и прежде, для такой тревоги нет никаких оснований.
      В соответствии со своей неизменной политикой, направленной на укрепление мира и безопасности народов, Советское правительство снова подчеркнуло, что оно твердо стоит за запрещение применения атомного, водородного и других видов оружия массового уничтожения и установление строгого международного контроля над этим запрещением.
      Эта политика Советского правительства поддерживается всем прогрессивным человечеством; она отвечает жизненным интересам всех народов мира. Более 500 Миллионов человек подписали в 1950 году Стокгольмское воззвание Постоянного комитета Всемирного конгресса сторонников мира, в котором записано: мы требуем безусловного запрещения атомного оружия как оружия устрашения и массового уничтожения людей. Мы требуем установления строгого международного контроля за исполнением этого решения. Мы считаем, что правительство, которое первым применит против какой-либо страны атомное оружие, совершит преступление против человечества и должно рассматриваться как военный преступник.
      В решениях Всемирного Совета Мира говорится о том, что запрещение атомного оружия, требуемое в Стокгольмском воззвании, поддержанном сотнями миллионов людей, стало сегодня требованием всех народов. Неограниченные силы освобождены наукой не для того, чтобы уничтожать человека, не для того, чтобы уничтожать мгновенно плоды его тысячелетнего труда. Народы мира должны немедленно потребовать от правительств заключения соглашения о прекращении испытаний атомного и водородного оружия и о запрещении всех видов оружия массового уничтожения.
      Советский народ глубоко убежден в том, что человечество должно и может быть избавлено от ужасов атомной войны. Особая ответственность в решении этой задачи ложится на те государства, которые уже обладают мощью атомного оружия.
      Что касается Советского Союза, то его позиция совершенно ясна. Она состоит в том, чтобы обратить великое открытие человеческого разума не Против цивилизации, а на ее всесторонний прогресс, не на массовое истребление людей, а на мирные нужды, на всемерное обеспечение подъема благосостояния населения.
      Все государства, руководствуясь стремлением к уменьшению международной напряженности, должны принять на себя торжественное и безоговорочное обязательство не применять атомного, водородного и другого оружия массового уничтожения. Советский Союз, исполненный глубокой заботы об ограждении человечества от смертоносного атомного и водородного оружии, прилагает все силы к тому, чтобы никогда это оружие не могло быть обращено против людей.
      Усилия каждого советского человека направлены на мирную, созидательную работу, на улучшение благосостояния своей Родины, ее могущества, ее безопасности. К этой цели направлено в Советском государстве и использование атомной энергии — энергии, которая безгранично расширяет власть человека над силами природы.
      Мы, конечно, не можем считать, что американские империалисты тратят огромные материальные и миллиардные денежные средства на атомное вооружение только для того, чтобы нас попугать. Мы не можем рассчитывать также и на гуманность американских империалистов, способных, как показала жизнь, на применение любых средств массового уничтожения.
      Советский народ, учитывая опасность агрессии со стороны империалистов, (Проявляет постоянную заботу о всемерном укреплении оборонной мощи социалистической Родины.
      Выполняя указания Партии и Правительства, Вооруженные Силы Советского Союза надежно охраняют мирный, созидательный труд советского народа, неустанно повышают свою боевую готовность, шагнули далеко вперед в искусстве современного боя. Советским воинам Родина вручила сейчас такое первоклассное оружие, такую грозную боевую технику, каких не было у нас в годы Великой Отечественной войны. Наши Вооруженные Силы, впитав в себя богатый опыт Великой Отечественной войны и успешно овладевая новейшей военной техникой и новым оружием, полученными благодаря заботе нашего Правительства и плодотворным усилиям ученых, инженеров, конструкторов и работников промышленности, немало сделали в повышении своей боевой готовности.
      Мы всегда помним заветы нашего вождя и учителя, основателя Коммунистической партии и Советского государства Владимира Ильича Ленина и великого продолжателя его дела Иосифа Виссарионовича Сталина о том, чтобы постоянно быть начеку, беречь как зеницу ока обороноспособность нашей страны и всегда проявлять в связи с этим должную заботу об укреплении и постоянном совершенствовании наших Вооруженных Сил.
      В настоящее время Советская Армия и Военно-Морской Флот, выращенные и воспитанные Коммунистической партией, закаленные в боях с врагами Советского государства и оснащенные первоклассной военной техникой, представляют собой грозную боевую силу. Они надежный оплот мирного труда советского народа, строящего коммунизм, и всегда готовы к защите своей социалистической Родины.
     
     
      Приложение
     
      «ДЕЙСТВИЕ АТОМНОГО ОРУЖИЯ»
      «The Effects of Atomis Weapons», 1950, 456 p.
     
      За последние годы как в США, так и в других капиталистических странах все больше и больше появляется книг и журнальных статей, посвященных описанию действия атомного оружия, в том числе атомных бомб.
      В частности, в 1950 году научной лабораторией в Лос-Аламосе по заказу и под контролем министерства обороны и комиссии по атомной энергии была подготовлена и выпущена книга под названием «Действие атомного оружия».
      В книге рассматриваются явления, связанные с атомным взрывом (действие ударной волны, светового излучения, проникающей радиации), и способы защиты от атомного оружия. В качестве ядерных взрывчатых веществ в книге упоминаются только уран 235 и плутоний 239, а расчеты и сведения, касающиеся взрыва атомной бомбы, даны для так называемой «номинальной бомбы», при взрыве которой теоретически рассчитанный запас количества выделенной энергии эквивалентен энергии, выделяемой взрывом 20 000 тонн тринитротолуола. Фактически, ввиду малого коэффициента полезного действия, энергия взрыва этой атомной бомбы была значительно ниже.
      Ниже в сокращенном виде излагается основное содержание названной книги.
     
      Взрыв атомной бомбы в воздухе
     
      Атомный взрыв является результатом особой ядерной реакции, происходящей при делении ядер атомов некоторых радиоактивных элементов, причем он сопровождается выделением в течение очень короткого отрезка времени (миллионные доли секунды) огромного количества энергии. Эта энергия выделяется в форме ударной волны, мощного светового и радиоактивного излучения.
      Явления, характеризующие и сопровождающие атомный взрыв, зависят от среды, в которой он происходит.
      При взрыве атомной бомбы развивается температура более 1000000°С, в результате чего образуется светящийся огненный шар. По истечении одной миллионной доли секунды радиус огненного шара составляет около 15 метров, а температура во всех его частях приблизительно равна 300000°С. В связи с этим огненный шар на данной стадии его развития называют изотермической сферой.
      По мере увеличения огненного шара и уменьшения температуры его поверхности усиливается выделение энергии в форме ударной волны, фронт которой вначале совпадает с поверхностью огненного шара. При температуре 30000°С скорость распространения ударной волны возрастает, в результате чего воздух сильно сжимается и накаляется. В этот момент ясно обозначается граница между очень раскаленным внутренним ядром, то есть изотермической сферой, и менее раскаленным внешним слоем. Через 0,015 секунды радиус огненного шара увеличивается до 100 метров, а температура внешнего слоя падает до 5000°С, хотя температура изотермической сферы продолжает оставаться более высокой. Через одну секунду после взрыва радиус огненного шара достигает максимальных размеров — около 150 метров.
      Огненный шар ввиду низкой плотности составляющих его газов быстро поднимается вверх; максимальная скорость подъема доходит до 100 метров в секунду. Через 10 секунд после взрыва свечение огненного шара, а также и действие взрывной волны почти прекращаются.
      С исчезновением огненного шара образуется быстро поднимающееся вверх облако, содержащее остывающие газы, составлявшие огненный шар, капли воды, парообразные продукты деления ядерных материалов и корпуса бомбы. Оно может иметь фиолетовый оттенок, что объясняется образованием при высокой температуре перекиси водорода из кислорода и водорода воздуха. Характер образующегося облака зависит также от местности и высоты /взрыва: засасываемая с земли пыль иногда придает ему коричневый оттенок. Скорость подъема облака зависит от количества выделенной тепловой энергии, температуры и плотности окружающих слоев воздуха.
      Поднимающееся вверх облако на высоте 13 — 20 километров расширяется в горизонтальном направлении и принимает характерную грибообразную форму со «шляпкой» диаметром в несколько километров. Оно остается видимым в течение часа и более, то есть до тех пор, пока не будет рассеяно ветрами. Следует отметить, что содержащиеся в этом грибообразном облаке частицы пыли и других материалов чрезвычайно радиоактивны и в определенных условиях представляют известную опасность для живых организмов, в том числе и для человека. Эта опасность увеличивается в тех случаях, когда бомба взрывается на небольшой высоте от поверхности воды или под водой, так как в этом случае будут падать мелкие капли воды, содержащие радиоактивные атомы растворенных в воде веществ.
     
      Взрыв атомной бомбы под водой
     
      Явления, сопровождающие взрыв атомной бомбы под водой, значительно отличаются от тех, которые наблюдаются при взрыве в воздухе. Особенности этих явлений зависят от глубины водоема и от глубины, на которой произведен взрыв.
      При взрыве под водой, как и при взрыве в воздухе, образуется огненный шар, светящийся в течение нескольких тысячных долей секунды. Как только газы, составляющие огненный шар, достигают поверхности воды, свечение прекращается и происходит резкое расширение и охлаждение этих газов, вследствие чего образуется ударная волна, большая часть которой передается воде. На воде образуется кольцеобразная, быстро расширяющаяся волна, ясно видимая на фоне спокойной поверхности окружающей воды. Остальная часть ударной волны переходит в воздух.
      В результате отражения ударной волны прямо над центром взрыва вверх взлетает столб распыленной воды, называемый «куполом брызг». Продолжительность этого явления и высота купола зависят от силы и глубины взрыва. При взрыве на очень большой глубине этого явления может и не быть.
      Быстро поднимающиеся на поверхность газы, составляющие огненный шар, увлекают за собой окружающую воду, которая образует своего рода цилиндр, через который и устремляются газы. «Стенки» цилиндра могут иметь толщину до 100 метров. По мере уменьшения давления газов в цилиндр устремляется вода, которая может быть выброшена в воздух на высоту до 2,5 километра.
      Над местом взрыва образуется облако, имеющее характерную форму в виде цветной капусты или гриба. Это облако состоит из некоторой части продуктов распада и мелких капель воды.
      По мере того как выброшенная вверх вода начинает падать, образуется гигантская, постепенно расширяющаяся волна или облако распыленной воды высотой около 330 метров. Эта волна, движущаяся со значительной скоростью, может оторваться от поверхности воды и образовать плотные тучи, из которых приблизительно через час начинает идти дождь.
     
      Действие ударной волны
     
      В книге высказывается мнение, что при взрыве атомной бомбы основные разрушения производятся действием ударной волны. Высказывается предположение, что наибольшее разрушение ударная волна производит при взрыве бомбы в воздухе на высоте около 660 метров. Взрыв на меньшей высоте дает меньшие результаты, так как часть энергии затрачивается на нагревание грунта и других материалов, которых касается огненный шар. Кроме того, взрыв в воздухе на указанной высоте выгоднее взрыва на поверхности земли, потому что в последнем случае много энергии затрачивается на разрушение сооружений, расположенных поблизости от эпицентра взрыва, а на более удаленные сооружения будет действовать уже ослабленная ударная волна. При взрыве на очень большой высоте ударная волна может не достигнуть поверхности земли.
      Результат действия ударной волны на тот или иной объект зависит: от удаления объекта от эпицентра взрыва, его положения относительно направления движения ударной волны, от формы, размеров и прочности объекта, а также от некоторых других менее важных факторов. Этот результат зависит также от характера местности.
      На основании применения атомного оружия в Японии в книге приводятся некоторые нормы разрушающего действия ударной волны. Указывается, что полное разрушение будет наблюдаться в радиусе около 800 метров; сильные разрушения, в результате которых строения и сооружения могут быть разрушены, — на удалении до 1,8 километра; средние разрушения, при которых строение или сооружение без ремонта не может быть использовано, — на удалении 2,6 километра; частичные повреждения — на удалении до 3,2 километра; незначительные повреждения — на удалении до 12,8 километра и более.
      В качестве одной из особенностей, сопровождающих всякий сильный взрыв, и тем более атомный, указывается, что иногда действие ударной волны ощущается на значительном удалении от эпицентра взрыва. Это объясняется тем, что ппи благоприятных метеорологических и местных условиях отраженная от поверхности земли волна складывается с основной волной, в результате чего происходит усиление последней (эффект Маха), что вызывает некоторые разрушения на весьма значительном удалении от эпицентра взрыва. Вместе с этим отмечается, что в отдельных случаях сооружения, расположенные в непосредственной близости от эпицентра взрыва, сохраняются или получают незначительные повреждения. В подтверждение приводится пример, когда при взрыве атомных бомб в Японии один мост со стальными фермами, находившийся на удалении 86 метров от эпицентра взрыва, почти не пострадал. В некоторых случаях уцелели на расстоянии 300 — 800 метров от эпицентра взрыва пещеры, а также землянки, наполовину углубленные в землю и прикрытые слоем грунта толщиной 45 сантиметров.
      В книге высказывается предположение, что при взрыве бомбы под землей, например на глубине 16 метров в обычном грунте, образуется воронка диаметром около 260 метров и глубиной 30 метров. В этом случае значительные повреждения фундаментов и стен зданий будут отмечаться в радиусе 450 — 1100 метров, умеренные повреждения — в радиусе 650 — 1650 метров и незначительные — в радиусе 900 — 3500 метров.
      При взрыве бомбы в воздухе потери среди личного состава войск или гражданского населения в основном зависят от действия ударной волны и светового излучения. Различается непосредственное и косвенное воздействие ударной волны на человека. В первом случае наблюдаются повреждения легких, желудка, кишечной полости, барабанных перепонок, а также внутреннее кровоизлияние. Но в населенных пунктах непосредственное воздействие ударной волны не является главной причиной больших потерь. Значительно большие потери замечаются при косвенном воздействии ударной волны, например при обвалах зданий, поражении кусками деревьев, камнями и другими предметами, отбрасываемыми взрывом.
     
      Действие ударной волны при подводном взрыве
     
      Определенное влияние на характер ударной волны при подводном взрыве оказывает глубина взрыва.
      Особенность и степень повреждения надводного корабля зависят от удаления его от эпицентра взрыва, от типа корабля, его положения относительно направления движения ударной волны, а также от того, стоит корабль на якоре или движется.
      Предполагается, что, когда бомба взорвется на небольшой глубине, все корабли и суда, находящиеся на удалении 400 — 600 метров от эпицентра взрыва, получат значительные повреждения... Серьезные повреждения... отмечаются и на удалении до 900 метров.
      Наиболее сильному воздействию ударной волны будут подвержены машины, электрическое оборудование, трубопроводы и обшивка кораблей, причем тяжелые агрегаты подвергаются более сильному разрушению, чем легкие. Значительные повреждения котлов и главных двигателей отмечаются в радиусе 700 — 750. метров, а легкие — на удалении до 1100 метров. Вспомогательные агрегаты могут быт?
      выведены из строя в пределах 1000 метров. Машины кораблей, находящихся на ходу, вероятно, получат более серьезные повреждения, чем кораблей, стоящих на якоре. Если бомба взорвется вблизи порта, то могут быть значительно повреждены пирсы и волноломы.
      Что касается той части ударной волны, которая распространяется по воздуху, то она вызывает повреждения корабельных надстроек, а также портовых сооружений и оборудования, если взрыв происходит вблизи от берега. При этом серьезные повреждения могут отмечаться на удалении до 800 метров.
      Кроме непосредственного воздействия ударной волны атомного взрыва, необходимо также учитывать и воздействие больших волн воды, возникающих в результате взрыва. Например, в атолле Бикини первая волна через 9 секунд после взрыва подняла на 14 метров корму американского авианосца «Невада». Вторая же волна, как полагают, разрушила надстройки корабля. Эти волны могут причинить определенный вред также и портовым сооружениям на удалении до 1600 метров.
      Взрывная волна, образуемая взрывом атомной бомбы на большой глубине, например на глубине 300 метров, причинит большие повреждения тяжелым кораблям, находящимся на удалении 660 метров от эпицентра взрыва, торговым судам и легким военным кораблям — на удалении 1000 метров. Значительные повреждения двигателей и других агрегатов будут наблюдаться на кораблях, находящихся в 1500 метров от эпицентра взрыва.
     
      Действие ударной волны при взрыве над водой
     
      На основании испытаний в атолле Бикини установлено, что зависимость силы ударной волны при взрыве бомбы над водой от высоты и удаления от эпицентра взрыва почти такая же, как и при взрыве бомбы над землей.
      В этих условиях ударная волна распространяется главным образом в воздухе, хотя некоторая ее часть передается по воде. Корабли всех типов, находящиеся на удалении 800 — 1000 метров от эпицентра взрыва, могут получить серьезные повреждения или потонуть. Средние повреждения получат корабли, находящиеся в радиусе 1500 метров, и незначительные — в радиусе 2000 метров. Сильные повреждения корабельных надстроек, шлюпок и самолетов, находящихся на палубе, вероятно, будут отмечаться на удалении от 1000 до 1150 метров, серьезные повреждения котлов и труб — на удалении 900 метров, средние повреждения — на удалении до 1330 метров и легкие — на удалении до 1665 метров. Повреждения внутренних помещений могут быть уменьшены своевременным задраиванием люков, иллюминаторов и т. д.
     
      Световое излучение
     
      Общее количество энергии, выделяемой в результате взрыва номинальной атомной бомбы, составляет около 2 X 10 в 13ст. калорий. Приблизительно одна треть этого количества выделяется в форме светового излучения, которое вызывает воспламенение горючих материалов и причиняет людям и животным ожоги различной степени.
      В книге высказывается предположение, что более или менее серьезные ожоги могут быть отмечены в зоне радиусом до 3330 метров. Это подтверждается и данными о действии атомных бомб в Японии, где из общего количества погибших при взрыве атомных бомб 20 — 30 процентов составляют потери от сильных ожогов, полученных в результате светового излучения.
      На основе изучения характера ожогов от воздействия светового излучения и на основе некоторых предположений авторы книги приходят к выводу, что, во-первых, поражению подвергаются главным образом открытые части тела, обращенные в сторону взрыва, и, во-вторых, поражение наносят в основном инфракрасные лучи, которые излучаются огненным шаром на более поздних стадиях его развития, приблизительно в течение первых трех секунд с момента его возникновения. Это обстоятельство позволяет в некоторых случаях принять необходимые меры защиты.
      Световое излучение может также вызвать пожары, (Масштабы и распространение которых зависят от расположения объектов, наличия в них горючих материалов, метеорологических условий и т. д. Установлено, например, что в Японии световое излучение воспламеняло бумагу, гардины, дрова и другие предметы на удалении 1160 — 1800 метров. Предполагается, что пожары, возникшие от прямого воздействия светового излучения, были относительно немногочисленными, так как взрыв вызывал ветер, достаточно сильный для того, чтобы сбить пламя, возникшее в результате воспламенения горючих материалов. Большинство пожаров объясняется вторичными причинами, например такими, как разрушение печей, электрические замыкания, разрушение газопроводов и т. д.
     
      Проникающая радиация
     
      Взрыв атомной бомбы сопровождается мощным потоком различного рода радиоактивных излучений, носящих общее название проникающей радиации, которая состоит из гамма-лучей, нейтронов, бета-частиц и небольшого количества альфа-частиц.
      Нейтроны и некоторая часть гамма-лучей выделяются в процессе деления ядерного взрывчатого вещества бомбы, то есть в процессе взрыва, а остальная часть гамма-лучей и бета-частицы выделяются продуктами их деления.
      Источником альфа-частиц является нормальный распад той части плутония 239 или урана 235, которая не расщепилась в результате взрыва.
      Проникающая радиация условно подразделяется на начальную и остаточную, причем за условную границу берется одна минута после взрыва.
      Ввиду незначительной проникающей способности альфа и бета-частиц можно с полным основанием считать, что начальная радиация представлена гамма-лучами и нейтронами, выделяющимися в течение одной минуты с момента взрыва атомной бомбы.
      Источником остаточной радиации являются продукты деления урана 235 или плутония 239, состоящие из 60 радиоактивных изотопов 34 элементов, а также нерасщепившаяся часть ядерного взрывчатого вещества бомбы. Эти вещества испускают альфа и бета-частицы и некоторое количество гамма-лучей. Кроме того, источником остаточной радиации являются изотопы некоторых элементов (например, натрия и калия), которые содержатся в почве и в воде и становятся радиоактивными в результате воздействия на них нейтронов.
      Радиоактивные изотопы могут образоваться также в меди, цинке и железе, имеющихся в строениях и других объектах. При взрыве бомбы под землей большая часть высвободившихся нейтронов будет поглощена элементами, имеющимися в грунте, что приведет к образованию значительного количества радиоактивных изотопов. Вместе с тем распространение продуктов деления урана или плутония (в процессе взрыва) в этом случае будет ограниченным, поэтому следует ожидать, что остаточная радиация окажется весьма значительной, но она будет существовать только вблизи от эпицентра взрыва.
      Особенность остаточной радиации состоит в том, что она может наблюдаться в течение длительного времени — от нескольких дней до нескольких месяцев и более — после взрыва.
      Радиация действует на человека двумя путями — внешним и внутренним. Внешний путь — это облучение тела радиоактивными излучениями. Внутренний — проникновение радиоактивных веществ в организм через дыхательные органы, пищеварительный тракт и открытые раны.
      Действие гамма-лучей на тело человека вызывает некоторые изменения «молекул различных тканей и органов в результате ионизации, что ведет к нарушению химических связей и, следовательно, к нарушению нормальной жизни организма, часто оканчивающейся смертью.
      На основании некоторых расчетов в книге делается вывод, что доза гамма-лучей в 400 рентгенов, действующая в течение нескольких минут на все тело, является средней смертельной дозой, от которой погибает до 50 процентов людей, получивших эту дозу. При взрыве номинальной атомной бомбы такая доза будет наблюдаться на удалении до 1400 метров от эпицентра взрыва, поэтому большинство людей, находящихся в этой зоне вне укрытий, погибнет от так называемой лучевой болезни.
      В результате некоторых теоретических расчетов авторы книги приходят к выводу, что смертельная доза нейтронной радиации для незащищенных людей при взрыве номинальной атомной бомбы будет наблюдаться в зоне радиусом до 800 метров от эпицентра взрыва.
      При внешнем облучении бета-частицы действуют только на кожу человека и могут вызвать поражение от покраснения кожи до образования кровоподтеков и язв в зависимости от полученной дозы. Однако внешнее бета-облучение не ведет к возникновению лучевой болезни.
      Проникающая способность альфа-частиц настолько мала, что их внешним воздействием можно пренебречь. Но в случае попадания внутрь организма наибольшую опасность представляют те вещества, которые испускают альфа и бета-частицы.
      На основании некоторых расчетов и опытов работы с рентгеновской аппаратурой установлена так называемая допустимая доза проникающей радиации, равная 0,1 рентгена в день, при условии облучения всего тела.
      Степень радиоактивного заражения местности при взрыве атомной бомбы в воздухе зависит от высоты взрыва, характера местности и метеорологических условий. При взрыве на значительной высоте опасность остаточной радиации невелика, так как продукты деления ядерного взрывчатого вещества окажутся рассеянными на большой площади. При взрыве атомной бомбы на небольшой высоте над землей или над водой наблюдается более сильное радиоактивное заражение местности и воды в результате того, что огненный шар коснется поверхности земли или воды. Например, при взрыве в Аламогордо (16 июля 1945 года) доза остаточной радиации через 1 час после взрыва, происшедшего на высоте около 33 метров, составляла:
      Удаление (в метрах) — Доза (рентгенов в час)
      0 — 8000
      100 — 5000
      200 — 600
      300 — 150
      400 — 30
      500 — 10
      750 — 5
      1000 — 0,3
      1250 — 0,07
      Из этих цифр видно, что определенная площадь на некотором удалении от эпицентра взрыва окажется зараженной настолько, что будет представлять собой серьезную опасность для человека. Однако уже по истечении 15 минут после взрыва через зараженную площадь могут пройти машины, а через 6 часов и люди, не подвергая свою жизнь опасности. При этом следует принять меры для того, чтобы внутрь организма не попала рассеянная в воздухе радиоактивная пыль. Надежную защиту в этом случае обеспечивают обычные противогазы.
      Необходимо учитывать также, что при взрыве на небольшой высоте значительное количество земли и других материалов поднимается в распыленном виде в воздух и впоследствии в процессе выпадения заражает большую площадь.
      Например, после взрыва в Аламогордо значительная радиоактивность на местности была обнаружена на удалении нескольких миль к северу и востоку от места взрыва.
     
      Радиоактивное заражение при подводном взрыве
     
      Начальная радиация при взрыве бомбы на средних глубинах будет незначительной, так как гамма-лучи и нейтроны почти полностью поглотятся прилегающими слоями воды.
      Остаточная радиация при подводном «взрыве, наоборот, проявляется наиболее сильно и зависит от глубины взрыва, метеорологических условий, например, скорости и направления ветра, облачности и т. д.
      Процесс выпадения радиоактивного дождя может начаться очень быстро после взрыва. Например, во время испытаний в Бикини он начался через одну минуту.
      При подводном взрыве наблюдается сильное радиоактивное заражение и той воды, которая не была выброшена в воздух. Общая картина радиоактивного заражения воды после взрыва атомной бомбы в атолле Бикини характеризовалась следующими цифрами:
     
      Время после взрыва (в часах) Зараженная площадь (в квадратных милях) Средний диаметр зараженной площади (в милях) Максимальная доза заражения воды (рентгенов в день)…
     
      В этих условиях кораблю в течение длительного времени опасно находиться в зараженном районе, но вполне безопасно быстро пройти через него после взрыва.
      Подводный взрыв атомной бомбы вблизи берега может привести к значительному заражению прилегающей местности, что также необходимо учитывать.
     
      О применении боевых радиоактивных веществ
     
      В книге указывается также на возможность применения в военных целях боевых радиоактивных веществ. Для этого могут быть использованы побочные продукты производства ядерных взрывчатых веществ или стойкие радиоактивные изотопы некоторых элементов.
      В качестве боевых радиоактивных веществ главным образом будут использоваться вещества, излучающие гамма-лучи, от воздействия которых не предохраняют противогазы и защитная одежда. Вместе с тем отмечаются трудности применения боевых радиоактивных веществ непосредственно против войск. Эти трудности состоят в том, что боевые радиоактивные вещества не оказывают немедленного влияния на боеспособность войск и последние могут вести боевые действия в зараженном районе, несмотря на риск понести потери, которые к тому же можно значительно уменьшить или вовсе избежать путем быстрой смены войск.
     
      Защита личного состава
      от действия атомного оружия
     
      В книге кратко излагаются некоторые способы защиты от действия ударной волны, светового излучения и проникающей радиации. При этом рекомендуется рассматривать решение этих вопросов в едином комплексе.
      Уменьшение потерь и разрушений в результате действия ударной волны, как и зашита от других видов воздействия атомной бомбы, является сложной проблемой. Наибольшие результаты, как отмечается в книге, дают рассредоточение войск и техники и укрытие их в подземных сооружениях. Наряду с этим одним из средств уменьшения разрушений является внесение конструктивных изменений при строительстве новых объектов и укрепление уже существующих объектов с целью увеличения их прочности и сопротивления действию ударной волны.
      Наиболее важные военные и промышленные объекты рекомендуется укрывать в тяжелых бетонных и железобетонных сооружениях.
      Убежища для населения можно оборудовать в нижних этажах или подвалах прочных железобетонных зданий или зданий со стальным каркасом. Указывается, что железобетонная стена толщиной в 30 сантиметров обеспечит надежную защиту от ударной волны и начальной радиации на удалении более 800 метров от эпицентра взрыва. Вновь строящиеся убежища не должны располагаться вблизи зданий и строений, чтобы не быть засыпанными.
      Для уменьшения потерь среди населения большое значение имеет надежная система (служба) оповещения.
      Защита от светового излучения включает укрытие обнаженных частей тела человека, а также удаление горючих материалов, особенно от окон и входов строений.
      Выше отмечалось, что атомный взрыв сопровождается пожарами, возникающими как в результате непосредственного воздействия светового излучения, так и в результате производных причин. В связи с этим большое значение приобретает организация эффективной противопожарной системы, надежное укрытие пожарного имущества и системы водоснабжения.
      Проникающая радиация в момент взрыва атомной бомбы распространяется из центра огненного шара по радиусам во все стороны. Поэтому для защиты от начальной радиации, представленной главным образом потоками гамма-лучей и нейтронов, необходимо размещать людей в таких укрытиях, которые преграждали бы путь этим прямолинейно распространяющимся потокам или снижали бы дозу их радиации до безопасной Величины.
      На основании некоторых теоретических расчетов в книге высказывается мнение, что для уменьшения начальной гамм а-радиации ниже средней смертельной дозы на удалении 700 метров от эпицентра взрыва потребуется около 50 сантиметров бетона или 75 сантиметров земли.
      Защита от остаточной радиации должна включать санитарную обработку личного состава с целью удаления радиоактивных веществ с обнаженных частей тела и одежды, с различных объектов и материальной части, находящихся в зараженном районе.
      Достаточно надежным методом удаления радиоактивных веществ является промывка различных частей тела водой с мылом, причем особое внимание должно быть обращено на волосы, ногти, складки кожи, нос, рот и т. д. Если этим путем нельзя достичь необходимых результатов, следует использовать слабые растворы специальных химических препаратов, например сульфита бария или бикарбоната натрия.
      В экстренных случаях для удаления радиоактивных веществ с одежды следует употреблять любые, чистые, не зараженные радиоактивными веществами материалы, имеющиеся под рукой (бумага, пакля, трава, листья или песок).
      Индивидуальной защитой может служить специальная одежда и обувь, предпочтительно резиновая. В случае взрыва на небольшой высоте или в земле для защиты от радиоактивной пыли рекомендуется использовать обычный противогаз.
      Большое значение имеет определение характера заражения данного района и интенсивности радиации. Личный состав аварийных и спасательных команд, прибывающий в зараженный район или работающий в нем, должен иметь индивидуальные приборы определения дозы радиации.
      Процесс удаления радиоактивных веществ с того или иного предмета называется дезактивацией. Радиоактивные вещества, заражающие данный район как в результате взрыва атомной бомбы, так и в результате непосредственного применения боевых радиоактивных веществ, в основном находятся на поверхности объектов, материальной части, строений и т. д. Исключение представляют пористые материалы, которые могут впитывать в себя радиоактивные растворы, а также зараженные источники и системы водоснабжения. Поэтому задача дезактивации в основном состоит в удалении радиоактивных веществ с поверхности предметов или в удалении поверхностного слоя данного объекта вообще. Различаются химические и физические методы дезактивации.
      Химические методы предусматривают применение специальных жидкостей, которые растворяют радиоактивные вещества и тем самым дают возможность смыть их водой.
      Физические методы заключаются в снятии верхнего слоя, если это возможно. Процесс дезактивации можно разделить на два этапа: а) начальная дезактивация, имеющая целью уменьшить дозу радиации до безопасной величины с тем, чтобы те или иные объекты (боевая техника) могли (быть использованы, хотя бы при условии регулярной смены обслуживающего персонала;
      б) окончательная дезактивация, осуществляемая более радикальными методами.
      В книге указывается, что для дезактивации палуб, бортов и других частей кораблей успешно использовались пескоструйные установки. Для дезактивации точных приборов и подшипников рекомендуется использовать опилки и другие мягкие материалы. Для съема тонкого поверхностного слоя можно применять железные щетки, наждак и другие материалы.
      Дезактивация химическими методами связана с необходимостью удаления большого количества использованных (растворов, становящихся в определенной степени радиоактивными.
      Кроме указанных, в отдельных случаях могут применяться и пассивные методы дезактивации, такие, как зарывание глубоко в землю некоторых вещей или же временный отказ от использования маловажных районов и объектов с тем, чтобы в результате естественного распада доза радиации уменьшилась до безопасной величины.
      Таково основное содержание книги «Действие атомного оружия». Учитывая, что все приведенные в ней нормативы относятся к номинальной атомной бомбе, надо полагать, что в случае применения атомной бомбы большей или меньшей мощности эти нормативы претерпят соответствующие изменения.