ВУЗ:
Составители:
Итак, в природе существуют четыре типа взаимодействий: 1) гравитационное; 2) электромагнитное; 3)
сильное взаимодействие; 4) слабое взаимодействие.
Ядра могут быть стабильными и нестабильными. Стабильные ядра существуют сколь угодно долго, неста-
бильные превращаются в результате радиоактивного распада в другие ядра. В стабильных ядрах число прото-
нов примерно равно числу нейтронов. Такое равенство наблюдается примерно до сорокового элемента таблицы
Менделеева. При более высоких порядковых номерах элементов число нейтронов превосходит число протонов.
Это отражает тот факт, что при увеличении порядкового номера химического элемента увеличиваются куло-
новские силы отталкивания, и для поддержания стабильности ядра требуются больше нейтронов, у которых нет
электрических взаимодействий, а имеется только ядерное взаимодействие, что позволяет компенсировать уве-
личивающиеся кулоновские силы. С 82 элемента стабильных ядер нет.
11.6. Открытие позитрона
В 1932 г. было получено сообщение об обнаружении в составе космических лучей новой элементарной
частицы – позитрона. Космические лучи были открыты австрийским ученым Виктором Гессом (1883 – 1964).
Он поднялся с электрометром на воздушном шаре и зафиксировал наличие в мировом пространстве излучения
"большой проникающей способности". За это открытие ему в 1936 г. была присуждена Нобелевская премия.
Американский физик Карл Андерсон сумел получить фотографии треков космических частиц, отклоняемых
сильным магнитным полем. Эти фотографии убедительно доказали, что космические лучи представляют собой
поток электронов и частиц, отклонявшихся магнитным полем в противоположную сторону, которые он назвал
позитронами. Они имели массу, равную массе электрона, и положительный заряд, равный заряду электрона.
Позитрон – это античастица электрона.
11.7. Деление ядра
В начале 1939 г. немецкие ученые Отто Ган (1879 – 1968) и Фриц Штрассман (1902 – 1980) обнаружили,
что при бомбардировке урана нейтронами иногда возникают ядра примерно вдвое более легкие, чем исходное
ядро урана. Австрийский радиохимик Лизе Мейтнер (1878 – 1968) и ее племянник, физик Отто Фриш дали ин-
терпретацию опытов Гана и Штрассмана. Согласно ей ядро урана, поглотив нейтрон, распадалось на две при-
мерно равные части. Это явление было названо делением ядра из-за сходства с делением клетки в биологии.
Кстати термин "деление" был подсказан Фришу американским биологом Арнольдом. Итак, в разгадке деления
тяжелых ядер участвовали ученые различных областей естественных наук – химики, физики, биологи. Это дает
нам убедительный пример взаимосвязи естественных наук. Процесс деления наглядно можно изобразить, пред-
ставив ядро урана в виде капли жидкости. Согласно этой модели, ядро урана, точнее изотопа урана (
U
235
92
), по-
глотив нейтрон, приобретает дополнительную энергию. Образуется промежуточное состояние, или составное
ядро (
U
236
92
). Избыточная энергия этого возбужденного ядра приводит к более интенсивному движению нукло-
нов. В результате ядро приобретает удлиненную форму. Расстояние между нуклонами увеличивается и не-
сколько убывает ядерное взаимодействие, а электрическое увеличивается. В результате ядро расщепляется на
два приблизительно равных ядра. При этом испускаются два или три нейтрона. Промежуточное ядро (
U
236
92
)
существует очень недолго, порядка 10
–12
с. Поэтому, реакция деления происходит быстро. Одна из реакций де-
ления записывается так:
n3KrBaUn
1
0
92
36
141
56
235
92
1
0
++→+ . Эта модель ядра, как жидкой капли была опубликована
летом 1940 г. Бором и Уиллером.
11.8. Цепная реакция
Теперь встал вопрос о цепной реакции деления. Было ясно, что в одном акте деления высвобождается
большое количество энергии, так как масса осколков деления значительно меньше массы исходного ядра. Мно-
гие ученые поняли, что и эту энергию можно значительно увеличить, если нейтроны, образующиеся в одном
акте деления, использовать для дальнейших актов деления, т.е. осуществить цепную реакцию. В 1942 г. Ферми
со своими сотрудниками в университете Чикаго осуществили цепную реакцию, создав первый атомный реак-
тор. В 1945 г. было создано атомное оружие.
11.9. Ядерный синтез
После решения проблемы цепной реакции ученые взялись за осуществление реакции синтеза ядер. В ядре
атома гелия (
He
4
2
) содержатся два протона и два нейтрона. Если попытаться соединить эти частицы, то в ре-
зультате получится ядро гелия. Причем масса ядра гелия будет меньше массы двух протонов и двух нейтронов.
Так что в результате слияния частиц должно выделяться огромное количество энергии. Подобные реакции
слияния составных частиц ядер или слияния легких ядер назвали
ядерным синтезом. В природе реакции синте-
за происходят в недрах звезд, в частности Солнца. При таких реакциях выделяется гораздо больше энергии, чем
при цепной реакции. Однако решить проблему ядерного синтеза в лабораторных условиях пока не удается.
Чтобы сблизить легкие ядра до тех расстояний, при которых могло произойти слияние, их надо нагревать до
очень высоких температур. Поэтому реакции такого типа еще называют
термоядерными. На Солнце темпера-
тура поверхности составляет миллионы градусов по шкале Кельвина, так что там легкие ядра разгоняются до
огромных скоростей и происходит их слияние. На Земле нет материалов, которые могли бы выдерживать столь
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- …
- следующая ›
- последняя »
