НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
СЕРИЯ: УСПЕХИ НАУКИ
Проф. В. Л. ГИНЗБУРГ
АТОМНОЕ ЯДРО
И ЕГО ЭНЕРГИЯ
ОГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1946 ЛЕНИНГРАД

Редактор Д. А. Катрены	Текн. редактор Н. А. Тумаркина.
Подписано к печати 22/VI 1946 г. 4 печ. л. 3,15 авт. л. 3,35 уч.-изд. л. 36 000 тип.
зн. в печ. л. Тираж 200 000 экз. (1—100 000 экз.). А08936. Цена книги 1 р. 20 к.
Заказ № 6644.
1-я Образцовая тип, треста «Полиграфкнига» ОГИЗа при Совете Министров
СССР. Москва, Валовая, 28.

ВВЕДЕНИЕ
Вначале августа 1945 года весь мир облетело из¬
вестие об изобретении и использовании «атомной
бомбы», обладающей гигантской разрушительной силой.
Эта бомба, совсем небольшая по своим размерам, была
сброшена американским самолётом на японскую воен¬
но-морскую базу Хиросима и произвела такое же дей¬
ствие, как 20000 тонн обычных взрывчатых веществ.
По американским сообщениям, почти весь город Хиро¬
сима был разрушен и более 100 тысяч жителей уби¬
то и ранено. Вторая атомная бомба, сброшенная через
несколько дней после первой на японский город Нага¬
саки, произвела подобное же действие.
Для того чтобы действие атомной бомбы было
более ясно, напомним, что самая большая бомба,
применённая во второй мировой войне, — английская
бомба «Гранд Слем» весила 10 тонн. Таким образом,
одна атомная бомба равноценна 2000 таких бомб,
для одновременной перевозки которых нужен воз¬
душный флот из 2000 тяжёлых бомбардировщиков.
В атомной бомбе впервые в истории практически
используются огромные запасы энергии, заключённые
в атомном ядре. Овладение этим новым видом энергии
может оказать исключительно большое влияние на раз¬
витие науки и техники. Поэтому вполне понятен боль¬
шой интерес к вопросу об использовании энергии
атомного ядра.
Рассказать об этом и является нашей целью. Однако,
прежде чем говорить об энергии атомного ядра, необ¬
ходимо познакомиться с тем, что такое атом и атомное
3

ядро и каково их строение. Читателю поэтому при¬
дётся запастись терпением и узнать целый ряд сведений
об атоме и атомном ядре. При этом мы предполагаем,
что читатель знаком с началами физики и даём необхо¬
димые сведения о строении атома в сжатом, кратком
изложении.
I. АТОМ И ЕГО СТРОЕНИЕ
1. ЧТО ТАКОЕ АТОМ?
Среди огромного количества веществ, имеющихся на
Земле, особое место занимают химические элементы;
к ним относятся водород, гелий, азот, кислород, железо,
золото, уран и многие другие. Эти вещества замеча¬
тельны тем, что при химических реакциях их нельзя
разложить на какие-либо другие более простые вещест¬
ва. Напротив, большинство встречающихся в природе
веществ содержит различные химические элементы
(т. е. химически простые вещества) и может быть
на них разложено. Всего теперь известно 96 химических
элементов.
Возьмём кусок какого-либо химически простого
вещества, например железа, и начнём дробить его на
всё более и более мелкие кусочки. Можно ли продол¬
жать такое дробление без конца или же существует
какая-то мельчайшая крупинка железа, которую нельзя
разделить?
Этот вопрос интересовал учёных с древних времён.
Ещё тогда была высказана мысль, что все тела состоят
из мельчайших неделимых частиц — атомов (атом
по-гречески означает «неделимый», «неразрезаемый»).
Если эта мысль верна, то мы должны сказать, что
беспредельное деление куска железа невозможно и
что мельчайшая крупинка железа должна существо¬
вать.
Предположение о существовании атомов оказалось
правильным и в XIX веке было доказано. Теперь из¬
вестно, что железо и все другие химические элементы
состоят из огромного числа атомов, которые химически
разделить на более мелкие части нельзя. Атомы явля-
4

ются мельчайшими носителями химических свойств
вещества.
Различные- химические реакции сводятся к соедине¬
нию или разъединению атомов разных химических
элементов друг с другом. Если, например, два атома
водорода соединяются (сцепляются) с одним атомом
кислорода в тесную группу, то образуется мельчайшая
частичка воды, называемая молекулой воды. Когда
атом водорода соединяется с атомом хлора, то обра¬
зуется молекула хлористого водорода. Одинаковые ато¬
мы также могут соединяться в молекулы. Так, атомы
водорода соединяются по два в молекулу водорода.
Точно так же атомы кислорода соединяются по два в
молекулу кислорода. Водород и кислород, следователь¬
но, состоят из молекул, в каждой из которых имеется
по два атома данного элемента. Некоторые же газы,
например гелий, состоят из атомов, потому что атомы
этих элементов между собой не соединяются.
2. РАЗМЕРЫ И ВЕС АТОМА
Химики и физики не только установили существова¬
ние атомов, но и определили их размер и вес. Раз¬
меры атома очень малы. Диаметр атома водорода со¬
ставляет, примерно, одну стомиллионную часть сан¬
тиметра. Диаметр атомов других элементов прево¬
сходит диаметр атома водорода не больше чем в не¬
сколько раз.
Представить себе такое маленькое расстояние не¬
возможно; приведём поэтому одно сравнение. Атом
меньше маленького детского мячика, примерно, во
столько же раз, во сколько раз этот мячик меньше Зем¬
ного шара (рис. 1).
Число атомов в видимых человеческим глазом пред¬
метах огромно. Так, например, в булавочной головке
имеется, примерно, 10000000000000000000 атомов
железа.
Понятно, почему очень старое предположение об
атомном строении вещества было доказано лишь
к концу XIX века. Атомы так малы, что для установле¬
ния факта их существования необходим был высокий
5

уровень развития науки и техники, что было достигнуто
лишь в XIX и XX веках.
Современной физике известны и веса всех атомов.
Если измерять эти веса в граммах, то получаются нич¬
тожно (малые числа. Например, атом водорода весит,
примерно, 2/1000000000000000000000000 грамма. Поэтому удоб¬
нее пользоваться так называемым атомным весом,
т. е. весом данного атома по отношению к весу ато¬
ма водорода. Атомный вес водорода принимается рав¬
ным единице. В таком случае атомный вес гелия
равен 4 (т. е. атом гелия в 4 раза тяжелее атома водо¬
рода), атомный вес кислорода равен 16, железа — 56,
урана — 238.
Мячик
Атом
Рис. 1. Атом меньше маленького детского мячика, примерно,
во столько же раз, во сколько этот мячик меньше земного шара.
6

3.	«АТОМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА»
Несмотря на то, что в химических реакциях атомы
всегда действуют как целое, не следует думать, что
они являются неделимыми, наименьшими «кирпичами»
вещества. Напротив, как выяснилось, атом представляет
собой сложную систему, состоящую из ряда других
более простых частиц. Оказалось, что эти частицы,
входящие в состав любого атома, заряжены. Поэтому
прежде чем рассказать, каково строение атома, придётся
коснуться некоторых свойств электрических зарядов.
В конце прошлого столетия установили, что электри¬
ческий заряд также не может быть как угодно мал.
Существует определённый наименьший заряд, и любой
электрический заряд равен целому числу этих наимень¬
ших зарядов. Другими словами, электрический заряд
так же, как и химические элементы, состоит из мель¬
чайших одинаковых составных частей. Наименьшими
частями химического элемента являются атомы, а наи¬
меньшими частями заряда — особые частички — «атомы
электричества». При этом важно, что эти частички
всегда имеют некоторый вес и таким образом заряд сам
по себе существовать не может, он всегда связан
с весовым веществом.
Раньше всего был открыт «атом отрицательного
электричества», получивший специальное название
электрона.
Если какое-либо тело заряжено отрицательно, то
это значит, что в нём имеются электроны; число элек¬
тронов можно узнать, разделив заряд тела на заряд
одного электрона. Поскольку заряд одного электрона
ничтожно мал, заряды, встречающиеся нам в обычных
условиях (заряд на гребешке, которым расчёсывались
сухие волосы), состоят из огромного числа электронов.
При изучении атома и атомного ядра удобно все
заряды измерять в зарядах электрона, что мы и будем
делать. Таким образом заряд электрона принят рав¬
ным единице; тогда заряд, скажем, двадцати электро¬
нов будет равен 20.
Вес электрона очень мал; он равен 1/1838 веса легчай¬
шего из всех атомов — атома водорода. Заряд, меньший
7

заряда электрона, никогда не наблюдается. Точно
так же не наблюдаются заряжённые частички более
лёгкие, чем электрон.
4. ИЗ ЧЕГО СОСТОЯТ АТОМЫ?
Все вещества обычно электрически не заряжёны.
Не заряжёны также атомы и молекулы, из которых эти
вещества состоят. Но легко обнаружить, что во веек
веществах, а значит и в отдельных атомах, имеются
электроны.
Возьмём, например, незаряжённую вольфрамовую
нить и сильно её нагреем: из нити, как из решета, по¬
сыплются электроны. Это явление теперь широко из¬
вестно. Электроны, получаемые из нагретой нити, ис¬
пользуются в радиолампах, телевизионных трубках и
многих других приборах.
Расположим рядом с нитью положительно заряжён¬
ное тело; оно будет притягивать отрицательно заря¬
жённые. электроны, вылетающие из нити. При этом мы
убедимся в том, что нить заряжается положительно.
Таким образом, удаётся установить, что в атомах
вещества имеются электроны. Но ведь мы знаем, что
в обычном состоянии атом не заряжён — нейтрален,
поэтому, поскольку в его состав входят электроны —
отрицательные заряды, ясно, что в нём содержатся и
положительные заряды.
Под влиянием различных причин, например, при вы¬
сокой температуре, атом может терять один или даже
несколько своих электронов; тогда он становится поло¬
жительно заряжённым или, как говорят, превращается
в положительный ион.
Однако, своего положительного заряда атом никог¬
да не теряет. В какой же форме этот заряд входит
в состав атома? Сколько в атоме имеется электронов?
Как вообще устроен атом?
5. СТРОЕНИЕ АТОМА
Разгадкой «тайны атома» наука обязана знамени¬
тому английскому физику Резерфорду. В 1911 году Ре¬
зерфорд установил, что атом представляет собой как бы
солнечную систему в миниатюре. Весь положительный
8

заряд атома сосредоточен в очень небольшом по своим
размерам атомном ядре. Это ядро находится в центре
атома и вокруг него, как планеты вокруг Солнца, дви¬
жутся электроны (рис. 2). Число электронов в атомах
различных химических элементов не одинаково; в лег¬
чайшем из атомов — атоме водорода — имеется только
один электрон, в атоме гелия — 2 электрона, в атоме
кислорода — 8 электронов, в атоме железа — 26 элек*
тронов, в атоме урана — 92 электрона.
Число электронов в атоме полностью определяет
его химические свойства. Поэтому это число является
главной характеристикой атома, даже более важной,
чем его атомный вес.
Как читателю, вероятно, известно, знаменитый рус¬
ский химик Менделеев ещё в середине прошлого века
(1869—1871 гг.) построил свою периодическую систему
химических элементов, в которой все элементы распре¬
делены в определённом порядке и имеют свой порядко¬
вый номер. После работ Резерфорда выяснилось, что
этот порядковый номер как раз равен числу электро¬
нов в данном атоме. В самом деле, в периодической
системе элементов водород занимает первое место, ге¬
лий.— второе, кислород — восьмое, железо —двадцать
шестое, и так далее.
Тем самым был вскрыт глубокий смысл таблицы
Менделеева.
6. ЗАРЯД И ВЕС АТОМНОГО ЯДРА
Заряд всех электронов в атоме равен числу элек¬
тронов, т. е. порядковому номеру элемента, умножен¬
ному на заряд одного электрона. Если же, как это бы*
ло условлено, мы примем заряд электрона за единицу,
Водород	Гелий	Кислород
Рис. 2. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны*

то заряд всех, электронов атома с каким-то поряд¬
ковым номером будет равен как раз этому номеру. За¬
ряд этот является отрицательным. Однако, поскольку
атом в целом не заряжён, ясно, что атомное ядро за¬
ряжено положительно и его заряд также равен поряд¬
ковому номеру.
Иначе говоря, ядро атома имеет положительный за¬
ряд, равный порядковому номеру данного химического
элемента в таблице Менделеева.
Посмотрим теперь, каков вес ядра.
Поскольку вес электрона в 1838 раз меньше веса
атома водорода, имеющего лишь один электрон, ясно,
что ядро атома водорода в 1837 раз тяжелее электро¬
на. Таким образом, почти вся тяжесть атома водорода
сосредоточена в его ядре. Заметим, кстати, что самое
лёгкое из всех ядер — ядро атома водорода, имеющее
положительный заряд, равный единице, носит- специ¬
альное название — оно именуется протоном.
Если мы возьмём какой-либо другой атом, а не атом
водорода, то в отношении веса ядра обнаружим такое
же положение вещей, как и у водорода. Например, в
самом тяжёлом атоме — атоме урана вес всех его
92 электронов в 4550 раз меньше веса его ядра. Вес
одного электрона меньше веса ядра урана более чем в
400000 раз.
Для сравнения напомним, что вес Солнца больше
веса нашей Земли в 333000 раз, больше веса планеты
Юпитер в 1040 раз и больше веса всех планет, вместе
взятых, в 750 раз.
7. РАЗМЕРЫ ЯДРА
Размеры планет и даже самого Солнца малы по
сравнению с размерами солнечной системы. Так, напри¬
мер, расстояние от Земли до Солнца больше диаметра
Солнца, примерно, в 100 раз, а расстояние от Солнца
до самой удалённой планеты Плутона больше диамет¬
ра Солнца в 4000 раз. Объём Солнца составляет лишь
2/1000000000000 объёма шара с радиусом, равным рас¬
стоянию от Солнца до Плутона. Такое же положе¬
ние имеет место и в атоме, несмотря на то, что
почти вся тяжесть атома сосредоточена в его ядре,
10

размеры ядра очень малы по сравнению с размерами
атома.
Диаметры ядер атомов разных элементов несколько
отличаются друг от друга, но в общем диаметр ядра,
примерно, в 100000 раз меньше диаметра атома. Таким
образом, ядро занимает в атоме лишь 1/1000000000000000
часть его объёма (напоминаем, что объём пропорцио¬
нален кубу диаметра). Ядро в атоме занимает в 2 000
раз меньше места, чем Солнце в солнечной системе.
Если увеличить ядро до размеров булавочной голов¬
ки, то атом с трудом поместился бы в огромном сто¬
метровом зале. Если же мы увеличили бы ядро до
размеров винтика карманных часов, то атом был бы
больше огромного океанского парохода (рис. 3).
Предположим теперь, что удалось бы сжать веще¬
ство до такой степени, что ядра атомов касались бы
друг друга. Тогда огромный линкор водоизмещением в
45000 тонн поместился бы в булавочной головке!
Наша задача состоит в том, чтобы рассказать об
атомном ядре и его энергии. Об атоме и его строении
мы подробно говорить здесь не собираемся, и если
выше нам пришлось кратко остановиться на этом
Рис. 3. Атомное ядро меньше атома во столько же раз, во сколько
винт карманных часов меньше огромного океанского парохода.
И

вопросе, то лишь потому, что ядро является частью
атома. Не зная строения атома, изучать свойства ядра
невозможно. Поэтому физики вначале энергично заня¬
лись атомом. Изучение ядра оказалось в центре вни¬
мания лишь лет 15 тому назад, когда строение атома
стало хорошо известно. В настоящее время исследова¬
ние свойств и строения атомного ядра как раз и яв¬
ляется основным вопросом, которым занимаются мно¬
гие физики.
Мы знаем, что ядро является центром атома, знаем
уже его заряд, вес и размеры.
Но как ядро устроено? Состоит ли ядро из других
более простых частичек или само является простейшей
частицей? Нельзя ли разрушить ядро и как это сде¬
лать? Все эти вопросы сейчас же встают перед нами
и на них нужно ответить.
II. РАДИОАКТИВНОСТЬ
1. РОЛЬ АТОМНОГО ЯДРА В ХИМИИ
Когда отдельные атомы соединяются в молекулу, то
в них изменяется движение электронов, но не всех,
а только наиболее удалённых от ядра. Если, например,
соединяются атомы углерода и кислорода, образуя
молекулу окиси углерода, то большинство из 8 элект¬
ронов атома кислорода и 6 электронов агома углерода
продолжают двигаться в молекуле так же, как они
двигались в отдельных атомах и лишь несколько
электронов, наиболее удалённых от ядер кислорода и
углерода, изменяют своё движение. Все химические
реакции связаны, таким образом, с движением элек¬
тронов в атомах; как мы уже говорили, химические
свойства атома полностью определяются числом его
электронов.
Что же касается атомного ядра, то в химии оно не
играет никакой активной роли. При любых химических
реакциях с ядром абсолютно ничего не происходит —
оно лишь перемещается вместе с атомом, разделяя его
судьбу. Под влиянием сильного нагревания многие хи-
12

мические соединения разлагаются, твёрдые тела пла¬
вятся, а жидкие—испаряются. При всех этих явле¬
ниях ядро также остаётся совершенно неизменным. Мы
видим, таким образом, что обычные химические и фи¬
зические воздействия — нагревание, сильное сжатие и
действие кислотами или щёлочами на атомные ядра со¬
вершенно не влияют. Следовательно, эти средства
нельзя также использовать для изучения ядра.
2. ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ
Для того чтобы изменить ядро, — а это оказывает¬
ся возможным, — нужны совсем другие способы. Рань¬
ше, до развития науки о ядре, эти способы не были
известны.
Очень большую роль в изучении атомного ядра
сыграло открытие одного происходящего в природе
явления, в котором изменение атомного ядра играет
главную роль. Это явление, получившее название
радиоактивности, было открыто ещё в 1896 г. француз¬
ским физиком Беккерелем и состоит в следующем.
Атомные ядра самых тяжёлых элементов — урана,
тория и других — сами, без всяких внешних причин,
распадаются, превращаясь в другие ядра.
Возьмём, например, ядро урана, имеющее заряд 92
и вес 238. Это ядро может выбросить из себя ядро
элемента гелия (заряд 2, вес 4); очевидно, оставшееся
ядро будет иметь заряд 90 и вес 234 (заряд и вес не
исчезают!). В этом и состоит явление радиоактивного
распада.
Мы знаем, что химические свойства атома целиком
определяются зарядом его ядра; поэтому ядро с зарядом
90 — уже не ядро урана, а ядро атома элемента тория.
Таким образом, уран при радиоактивном распаде пре¬
вращается в торий. Этот процесс превращения ядра
урана в ядра тория и гелия можно записать так:
(уран)
238
92
→(торий)
234
90
+ (гелий)
4
2.
В этой записи сверху справа пишется атомный вес
ядра (для урана 238, для тория 234, для гелия 4),
13

а снизу заряд ядра, совпадающий с порядковым номе¬
ром элемента в таблице Менделеева. В дальнейшем мы
всегда будем пользоваться таким способом записи. Этот
способ отличается от принятого в научной литерату¬
ре лишь тем, что мы пишем название элемента пол¬
ностью вместо того, чтобы обозначать элемент одной
или двумя латинскими буквами, как это делают в
химии.
Совершенно так же, как и уран, распадается, напри¬
мер, элемент радий. Ядро радия выбрасывает ядро
гелия и превращается в ядро самого тяжёлого газа —
радона, называемого также эманацией радия. Распад
радия можно записать так:
(радий)
226
88
→(радон)
222
86
+(гелий)
4
2.
Ядро радона в свою очередь распадается и превра¬
щается в ядро элемента полония:
(радон)
222
86
→(полоний)
218
84
+(гелий)
4
2.
3. АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ
Ядра гелия, которые выбрасываются распадающи¬
мися ядрами урана, радия, радона и некоторых других
элементов, получили специальное название альфа-ча¬
стиц. Это название имеет историческое объяснение:
вначале не знали, что собой
представляют частицы, выбрасы¬
ваемые ураном и радием, и на¬
звали их первой буквой алфа¬
вита (слово — «альфа» — как раз
название первой буквы грече¬
ского алфавита).
Альфа-частицы действуют на
фотографическую пластинку так
же, как свет. Если положить кусок урана на пластинку
и через некоторое время проявить её, то окажется, что
на том месте, где лежал уран, пластинка почернела
(рис. 4). Именно таким образом, положив уран рядом
с фотопластинкой, Беккерель открыл явление радиоак¬
тивности.
Рис. 4. На фотопластин¬
ке остаётся «отпечаток»
лежащего на ней куска
урана.
14

Скорость альфа-частиц огромна, она равна, примерно,
двадцати тысячам километров в секунду. Для сравне¬
ния достаточно напомнить, что скорость звука состав¬
ляет лишь одну треть километра в секунду, а самолёт,
установивший недавно в Англии мировой рекорд скоро-
сти, летит лишь со скоростью 970 километров в час,
т. е. 0,27 километра в секунду (рис. 5).
Альфа-частицы — это настоящие «ядерные пули».
Как этими пулями удаётся «стрелять», — мы скоро
увидим.
Явление радиоактивности ясно показывает, что
атомные ядра имеют сложное строение — как же иначе
они могли бы выбрасывать ядра гелия? Это явление
доказывает также возможность превращения одних
ядер в другие, т. е. превращение одних химических эле¬
ментов в другие.
4. БЕТА-РАСПАД
Распад ядер с вылетом альфа-частицы, называемый
альфа-распадом, не является единственным видом ра¬
диоактивных превращений ядер.
Некоторые ядра, распадаясь, выбрасывают не ядра
гелия, а быстрые электроны.
16
Рис. 5. Скорость альфа-частицы в 74000 раз превосходит наи¬
большую скорость, достигнутую самолётом (970 км/час). Альфа-
частица быстрее самолёта во столько же раз, во сколько раз са¬
молёт быстрее черепахи.

Вылет электрона из ядра приводит к возрастанию
заряда ядра на единицу (заряд электрона равен еди¬
нице и является отрицательным; поэтому при вылете
электрона положительный заряд ядра повышается на
единицу). Примером такого распада с вылетом электро¬
на может служить распад ядра тория, получающегося
при альфа-распаде урана; ядро тория превращается при
этом в ядро элемента протактиния:
(торий)
234
90
→(протактиний)
234
91
+электрон.
Выбрасываемые при таком распаде быстрые электроны
называют бета-частицами (бета — название второй
буквы греческого алфавита; происхождение этого наз¬
вания такое же, как и альфа-частиц). Распад с испуска¬
нием бета-частиц называют бета-распадом.
Ядро протактиния, получающееся при бета-распаде
тория
234
90
, в свою очередь распадается, выбрасывая
опять бета-частицу, т. е. быстрый электрон, и превра¬
щаясь снова в ядро урана:
(протактиний)
234
91
→(уран)
234
92
+электрон.
5. ИЗОТОПЫ
Уран, который образуется при бета-распаде протак¬
тиния
234
91
имеет свой заряд 92, но вес его равен
234. Между тем, выше уже несколько раз указывалось,
что вес ядра урана равен 238.
В чём же здесь дело?
Объяснение состоит в следующем: химические свой¬
ства атома полностью определяются зарядом его
ядра — об этом уже говорилось; вес же ядра, с точки
зрения химических свойств, значения не имеет. По¬
этому, если бы ядра данного элемента были двух сор¬
тов, одни полегче, а другие потяжелее, то это осталось
бы незамеченным. Точнее, химическими способами от¬
делить такие различные ядра друг от друга невозможно.
И вот изучение радиоактивности показало, что
в действительности именно так дело и обстоит — ядра
очень многих химических элементов бывают разных
сортов, отличающихся своим весом. Атомы или ядра
16

данного химического элемента, имеющие разный вес,
называются изотопами.
Уран с весом 238 и уран с весом 234 — это два
изотопа урана, которые нам уже известны. Торий, ко¬
торый получается при альфа-распаде урана (см.
выше), имеет вес 234, между тем в природе встре¬
чается преимущественно торий с весом 232. Можно
привести ещё много таких примеров, но мы не будем
сейчас этого делать, так как Об изотопах речь ещё
будет итти. Важно только отметить, что явление
радиоактивности, помимо всего прочего, привело к от¬
крытию изотопии, т. е. к открытию того факта, что
атомные ядра при определённом заряде могут иметь
различный вес. Это заключение было сделано в 1910 г.
английским физиком и химиком Содди.
До того, как явление изотопии было полностью по¬
нято, различные изотопы радиоактивных элементов
получили специальные названия. Так, например, изотоп
тория с весом 232 был назван торием, а изотоп того же
тория с весом 230 назван ионием. Изотоп полония с ве¬
сом 218, который получается при альфа-распаде радона
(см. выше), был назван радием А, полонием же назы¬
вали лишь изотоп элемента полония с весом 210.
Все эти названия сохранились и до сих пор, так как
они имеют не только историческое, но и известное
практическое значение. Дело в том, что радиоактивные
свойства различных изотопов данного элемента не оди¬
наковы. Так, например, изотоп тория с весом 232 рас¬
падается гораздо медленнее (примерно в 200000 раз
медленнее) иония, т. е. изотопа тория с весом 230.
Изотоп полония с весом 210 распадается в 64000 раз
медленнее радия А, т. е. изотопа полония с весом 218.
Кроме того, например, изотопы тория с весом 230 и 232
распадаются с испусканием альфа-частиц, между тем
как изотоп тория с весом 234 испускает бета-частицы.
Таким образом, для того, чтобы охарактеризовать
радиоактивный элемент, обязательно нужно либо приве¬
сти его специальное название, либо указать вес того
изотопа, о котором идёт речь. Мы поступаем согласно
второму способу, т. е. всегда указываем вес изотопа, а
специальных названий изотопов не приводим.

6. СКОРОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
Теперь пора ответить на вопрос, который, быть
может, уже возник у читателя. Если уран распадается,
то почему же мы находим сейчас уран на Земле? По¬
чему он уже давно весь не распался? Ответ на этот
вопрос очень прост: уран распадается крайне медленно.
Возьмём, например, кусок урана и попытаемся устано¬
вить, через какое время вес этого куска урана умень¬
шится вдвое из-за распада ядер урана? Это время
равно четырём с половиной миллиардам лет.
Из приведённых цифр ясно, что уран распадается
так медленно, что с момента образования Земли он не
успел распасться даже на одну четверть.
Ведь Земля существует не вечно, она образовалась
примерно миллиард лет тому назад, отделившись от
Солнца, или каким-либо другим путём (физические
процессы, в результате которых образовалась Земля,
в точности ещё не установлены). Происхождение урана
относится поэтому к самым отдалённым временам,
когда ещё не образовалась солнечная система. Об усло¬
виях, в которых уран тогда находился, мы знаем очень
мало, и проследить дальше историю урана, также как
и историю других элементов, пока ещё не можем.
Радий распадается гораздо быстрее, чем уран —
количество радия уменьшается вдвое за 1590 лет.
Поэтому радий, который был на Земле при её образо¬
вании, давным-давно распался; весь радий, имеющийся
на Земле в настоящее время, получился радиоактивным
путём в результате распада урана. Три звена в этой
цепи образования радия из урана мы уже знаем:
(уран)
238
92
→(торий)
234
90
+
(гелий)
4
2.
↓(протактиний)
234
91
+ электрон.
↓(уран)
234
92
+ электрон.
(уран)
234
92
→(торий)
230
90
+ гелий)
4
2
↓(радий)
226
88
+ (гелий)
4
2
↓(радон)
222
86
+ гелий)
4
2.

Радон в свою очередь также распадается; последую¬
щие элементы продолжают распадаться, пока не полу¬
чится свинец
206
82
, который уже больше не распадается.
Этим и заканчиваются превращения урана.
Радий, также как другие недолго живущие эле¬
менты, получающиеся из урана, присутствует в природе
лишь в урановой руде. Количество радия в руде опре¬
деляется отношением скорости распада радия к скоро¬
сти распада урана и составляет 3,5 десятимиллион¬
ных долей количества урана. Эта цифра равна отноше¬
нию 1590 лет, в течение которых наполовину распа¬
дается радий, к 4,5 миллиардам лет, в течение которых
наполовину распадается уран. Для получения одного
грамма радия приходится поэтому перерабатывать
7 тонн лучшей урановой руды, содержащей 42% чи¬
стого урана. Поскольку радий распадается гораздо бы¬
стрее урана (в 2800000 раз быстрее), количество
альфа-частиц, испускаемых в секунду граммом радия,
несравненно больше (тоже в 2800000 раз), чем коли¬
чество альфа-частиц, испускаемых граммом урана. По¬
этому открытие в 1898 г. радия французскими физиками
Пьером и Марией Кюри было большим шагом вперёд.
Один грамм радия в 1 секунду испускает 37 мил¬
лиардов альфа-частиц; это число в 20 раз больше всего
населения земного шара. Нужно, впрочем, иметь в виду,
что фактически из кусочка радия наружу выходит
гораздо меньше альфа-частиц, чем в нём образуется.
Дело в том, что альфа-частицы очень сильно погло¬
щаются веществом. Поэтому наружу (в воздух) выхо¬
дят лишь частицы, образовавшиеся в тонком поверхно¬
стном слое радиоактивного вещества.
III. ИСКУССТВЕННОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
АТОМНОГО ЯДРА
1. ОБСТРЕЛ ЯДРА АЛЬФА-ЧАСТИЦАМИ
Радиоактивность — ядерное явление; оно состоит в
превращении атомных ядер. Сильное нагревание или
химические воздействия совершенно не влияют на ход
19

радиоактивного распада. Не влияет на него и колос¬
сальное давление в сто тысяч килограмм на квадрат¬
ный сантиметр. Ускорить или замедлить радиоактивный
распад имеющимися в нашем распоряжении средствами
мы не можем.
Но само явление радиоактивности даёт нам мощное
средство воздействия на атомные ядра — радиоактив¬
ный распад снабжает нас стремительно мчащимися
«ядерными пулями» — быстрыми ядрами гелия (альфа-
частицами) .
Представьте себе, что самолёт, летящий со скоростью
в 1000 км в час, столкнётся в лоб с другим самолё¬
том. Как мало останется от обоих самолётов! Между
тем альфа-частицы движутся со скоростью в 72000 раз
большей, чем такой самолёт. Поэтому можно ожидать,
что, столкнувшись с каким-либо ядром, альфа-частица
влетит в него подобно пуле и либо останется в ядре,
либо разрушит его.
Это предположение вполне оправдалось. В 1919 г.
Резерфорду, пионеру в области изучения радиоактив¬
ности, впервые удалось искусственно расщепить ядро.
Резерфорд обстреливал быстрыми альфа-частицами
обычный азот; оказалось, что иногда альфа-частица
(ядро гелия) влетает в ядро азота, которое затем рас¬
падается с вылетом быстрого протона (ядра водорода).
Мы можем записать это первое искусственное ядерное
превращение или, как говорят, ядерную реакцию, таким
образом:
(азот)
14
7
+
(гелий)
4
2
→(фтор)
18
9
→(кислород)
17
8
+
(водород)
1
1.Остановимся на этой реакции несколько подробнее.
Исходные продукты нам известны: мы берём азот
(заряд 7, вес 14) и обстреливаем его ядрами гелия
(заряд 2, вес 4); ядро гелия поглощается ядром азота.
Получающееся при этом ядро должно иметь заряд, рав¬
ный 7+2=9 и вес 14+4=18; такое ядро является яд¬
ром фтора. Однако, оно неустойчиво и существует лишь
как промежуточный продукт ядерной реакции. Ядро
фтора распадается, испуская из себя быстрое ядро во¬
дорода — протон (вес 1, заряд 1). Оставшееся ядро
20

должно, очевидно, иметь заряд и вес на единицу мень¬
шие, чем ядро фтора
18
9
, т. е. иметь заряд 8 и вес
17. Заряд 8 имеет ядро кислорода; таким образом все
звенья реакции установлены.
2. КАК «УВИДЕЛИ» АЛЬФА-ЧАСТИЦУ?
Читатель вправе, однако, спросить, — как же, нако¬
нец, наблюдаются альфа-частицы и другие ядра? Как
в описанной реакции узнают, что вылетает быстрый
протон, а не какая-либо другая частица? Откладывать
далее ответ на этот вопрос мы не можем и нам придёт¬
ся сделать небольшое отступление. Впрочем, вопрос
настолько существенен, что ответ на него нельзя даже
считать отступлением.
Выясним раньше всего, как альфа-частицы проходят
через вещество и что при этом происходит.
Альфа-частица — это стремительно мчащееся ядро
с положительным зарядом 2 и весом 4. Если эта ча¬
стица движется через вещество, например, через воздух,
она встречает огромное число атомов. Ядро в атоме
занимает, как мы знаем, такое же место, как булавоч¬
ная головка в стометровом зале. Пролетая по прямой
линии через такой зал, альфа-частица, если бы она сама
была размером в булавочную головку, имела бы нич¬
тожно мало шансов встретиться с атомным ядром.
В большинстве случаев альфа-частица пройдёт далеко
от ядра. Однако, это не значит что альфа-частица и яд¬
ро совсем не влияют друг на друга — ведь оба эти ядра
заряжены, а заряжённые тела действуют друг на друга
и на расстоянии. Поскольку и альфа-частица и ядро
заряжены положительно, они будут отталкивать друг
друга (одноимённые заряды отталкиваются). Однако,
скорость альфа-частицы столь велика, что практически
она почти не будет отклоняться, если только не прой¬
дёт весьма близко около самого ядра, что бывает редко.
Посмотрим теперь, как действуют друг на друга
альфа-частицы и электроны встречных атомов, притяги¬
вающиеся друг к другу электрическими силами (разно¬
имённые заряды притягиваются). Поскольку альфа-
21

частица тяжелее электрона примерно в 7 300 раз, то
совершенно ясно, что, столкнувшись с электроном, она
этого почти не почувствует, так же, как мчащийся поезд
не сойдёт с рельс, налетев на велосипедиста. Судьба же
велосипедиста, напротив, незавидна. Точно так же и
электрон, на который налетает альфа-частица, будет
оторван от своего атома и отброшен в сторону. Для
этого альфа-частица не должна даже налететь на элек¬
трон; достаточно ей только пролететь близко от элек¬
трона, чтобы, действуя электрическими силами, вырвать
электрон из атома.
Таким образом, альфа-частица оставляет на своём
пути «разбитые» атомы, лишённые одного или несколь¬
ких электронов. Мы уже говорили, что такие атомы
называются ионами; поэтому можно сказать, что
альфа-частица ионизует атомы и оставляет за собой
след из ионов. Что касается пути альфа-частицы, то из
сказанного видно, что она движется по прямой линии,
за исключением тех редких случаев, когда имеет место
лобовое столкновение с ядром.
Почти все методы изучения альфа-частиц, а также
других быстрых заряжённых частиц, и основаны как
раз на наблюдении тех ионов, которые эти частицы за
собой оставляют.
Наличие ионов может, в свою очередь, устанавли¬
ваться разными способами.
Допустим, например, что альфа-частица проходит
через воздух; при отсутствии альфа-частиц воздух
почти не проводит электрического тока, так как в нём
почти совсем нет ионов и электронов, которые могли
бы переносить электрический заряд, т. е. быть носите¬
лями тока (электрический ток представляет собой пе¬
ренос электрического заряда от одного места к друго¬
му). Если же через воздух пройдут альфа-частицы, то
они создадут ионы; эти ионы мы можем обнаружить,
внося в газ заряжённое тело, к которому ионы притя¬
нутся; при этом через воздух пойдёт электрический ток.
Таким образом мы узнаем о прохождении альфа-частиц
через газ.
Существует, однако, ещё лучший способ обнаруже¬
ния заряжённых частиц (таких, как альфа-частицы),
22

позволяющий увидеть их путь. Этот способ в 1912 г.
был предложен английским физиком Вильсоном и в на¬
стоящее время он играет исключительно важную
роль.
Прибор, построенный Вильсоном и называемый ка¬
мерой Вильсона, основан на следующем свойстве водя¬
ного пара. Если водяной пар достаточно охлаждён, так,
что он уже должен сгущаться в воду, то это сгущение
предпочтительнее происходит на каких-либо пылинках;
вокруг таких пылинок образуются капельки воды, ко¬
торые затем выпадают
в виде дождя. Образова¬
ние дождя в природе
всегда происходит на пы¬
линках. Поэтому сущест¬
вует способ искусственно
вызывать дождь, посыпая
песком с самолёта обла¬
ко, где имеются несгу¬
стившиеся пары воды; во¬
круг песчинок при под¬
ходящих условиях начи¬
нают сгущаться капельки
воды, облако становится
более плотным и выпа¬
дает дождь. В случае,
если воздух очень хоро¬
шо очищен и никаких пыли¬
нок в нём нет, сгущение
даже довольно сильно
охлаждённого пара затрудняется и может очень
затянуться.
И вот оказалось, что в подобных условиях, когда
пылинок нет, а пар должен сгуститься, это сгущение
предпочтительно происходит на ионах. Другими слова¬
ми, ионы могут играть роль пылинок. Это обстоятель¬
ство и используется в камере Вильсона. Она представ¬
ляет собой цилиндр, обычно радиусом в 7—10 санти¬
метров, причём нижнее дно цилиндра может опускать¬
ся (рис. 6). Если дно камеры быстро опустить, то из-за
расширения газа находящийся в камере водяной пар
Рис. 6. Камера Вильсона. Если дно
камеры (поршень) быстро опу¬
стить, то температура в камере
Понижается, и находящийся в ней
пар может сгущаться в воду.
23

охладится и окажется способным сгуститься в воду.
Когда ионов в камере нет, пар сгущаться не будет, но
если через камеру проходит альфа-частица, оставляя
на своём пути ионный след, пар в камере сгустится
в капельки воды как раз на
месте следа. Эти капельки мож¬
но видеть глазом или фотографи¬
ровать. Таким образом путь
частицы становится видимым.
Если покрыть радиоактивным
веществом тонкую пластинку и
поместить её в камеру Вильсона,
то получится снимок, изображён¬
ный на рис. 7; альфа-частиц
здесь так много, что они образу¬
ют целый веер.
На первый взгляд может по¬
казаться странным, почему на
этом снимке путь альфа-частиц
кончается в камере. Дело в том,
что, проходя через газ и ионизуя
его, альфа-частицы постепенно
теряют свою энергию, замедля¬
ются и уже не образуют ионов;
поэтому их пути перестают быть
видимыми. Расстояние, которое альфа-частицы прохо¬
дят в воздухе, ионизуя его, обычно не превосходит
10 сантиметров.
3. КАК «УВИДЕЛИ» ЯДЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
С помощью камеры Вильсона можно буквально
увидеть различные ядерные столкновения и превраще¬
ния.
В самом простом случае альфа-частица, пролетев
очень близко от ядра или просто налетев на него, мо¬
жет сильно изменить направление своего движения.
При этом ядро также получит сильный толчок, приоб¬
ретёт большую скорость и, пролетая через газ, будет
создавать ионы. Мы увидим поэтому вилку, изображён¬
ную на рис. 8. Заметим, между прочим, что если бы в
Рис. 7. Снимок следов
альфа-частиц от покрытой
радием пластинки, поме¬
щённой в камеру Виль¬
сона. Следы состоят из
мелких капелек воды.
Если снимок делается без
увеличения, то отдель¬
ных капелек нельзя разо¬
брать, и мы видим сплош¬
ную линию.
24

центре атома не находилось маленькое, но очень тя¬
жёлое ядро, то такие вилки не наблюдались бы. Обна¬
ружение случаев сильного отклонения альфа-частиц
послужило основным доказательством существования
Рис. 8. Сталкиваясь с ядром,
альфа-частица может сильно от¬
клониться, сообщая при этом
сильный толчок ядру. На сним¬
ке— столкновение альфа-части¬
цы с ядром кислорода.
Рис. 9. Первая ядерная реак¬
ция: захватывая альфа-части¬
цу, ядро азота испускает бы¬
стрый протон и превращается
в ядро кислорода.
ядра — именно на этом пути Резерфорд в 1911 г. и
пришёл к своей модели атома, подобной солнечной си¬
стеме (об этом мы говорили на стр. 9).
Совершенно так же в камере Вильсона можно ви¬
деть и ядерные превращения. О первом таком превра¬
щении
(азот)
14
7
+
(гелий)
4
2
→(кислород)
17
8
+
(водород)
1
1
мы уже рассказали выше, оно изображено на рис. 9.
След альфа-частицы прекращается, так как она погло¬
щается ядром; вместо этого следа появляется след
быстрого протона и широкий короткий след ядра кис¬
лорода, получившего толчок при захвате альфа-частицы
ядром азота.
Обстреливая альфа-частицами различные вещества,
Резерфорду удалось осуществить также и ряд других
25

ядерных превращении, например такие:
(натрий)
23
11
+
(гелий)
4
2
→(алюминий)
27
13→(магний)
26
12
+-
+
(водород)
1
1;(алюминий)
27
13
+
(гелий)
4
2
→(фосфор)
31
15
→(кремний)
3014
+
+
(водород
)
1
1.
Открытие всех этих превращений показало, что в
состав ядра входят ядра водорода — протоны.
4.	ИСКУССТВЕННЫЕ «ЯДЕРНЫЕ ПУЛИ»
Не менее важно и то обстоятельство, что успешная
попытка разбить ядро альфа-частицами открыла физи¬
кам глаза на способы изучения ядра. Изучать ядро
нужно, очевидно, обстреливая его быстрыми части¬
цами — «ядерными пулями».
К сожалению, управлять этими пулями вначале не
умели; в распоряжении учёных имелся лишь один сорт
«пуль» — альфа-частицы от радиоактивных веществ.
Кроме того, количество этих пуль было ограничено, в
связи с отсутствием больших запасов радия; нельзя
было также менять по своему усмотрению скорость
«пуль» — эта скорость при вылете альфа-частицы опре¬
деляется свойствами распадающегося ядра, и её можно
только уменьшить.
Поэтому физикам не оставалось ничего другого, как
пытаться искусственно создать быстрые заряжённые ча¬
стицы — протоны, ядра гелия (т. е. альфа-частицы) и
другие быстрые ядра. Но как же это сделать?
Разогнать атомные ядра можно лишь одним спосо¬
бом, а именно, используя наличие у них электриче¬
ского заряда. Поместим, например, ядра гелия в труб¬
ку, из которой выкачан воздух. К концам этой трубки
подведём высокое электрическое напряжение. Тогда
положительно заряжённые ядра гелия будут притяги¬
ваться к тому концу трубки, к которому присоединён
отрицательный полюс высокого напряжения; под дей¬
ствием этой электрической силы ядро будет разгонять¬
ся и приобретёт большую скорость. Как мы уже ука¬
зывали, альфа-частицы, испускаемые радиоактивными
26

элементами, имеют скорость около 20000 км в секунду.
Для того, чтобы искусственно разогнать ядро гелия до
такой скорости, к той трубке, о которой мы говорили,
нужно приложить напряжение в 4 миллиона вольт.
Это напряжение огромно. В городах для освещения
используется напряжение в 120 и 220 вольт. В линиях
электропередачи высокого напряжения, требующих со¬
оружения специальных железных мачт, используют на¬
пряжение в 100—200 тысяч вольт. Напряжения в 4 мил¬
лиона вольт и больше наблюдаются лишь в молнии.
Отсюда ясно, как трудно искусственно заменить альфа-
частицы и как важно было для науки о ядре (ядерной
физики) существование природных источников этих ча¬
стиц. Но физикам удалось преодолеть все препятствия,
и в настоящее время проблема создания потоков бы¬
стрых частиц решена.
Укажем, кстати, что энергию и скорость частицы
можно вполне характеризовать электрическим напряже¬
нием, которое нужно приложить, чтобы разогнать ча¬
стицу до данной скорости; при этом принято указывать
напряжение, которое нужно было бы приложить, если
бы заряд частицы равнялся единице. Например, для
того, чтобы разогнать альфа-частицу, заряд которой
равен двум, до скорости в 20000 км в секунду, нужно
приложить напряжение в 4 миллиона вольт, но если бы
заряд альфа-частицы равнялся единице, то нужно было
бы приложить напряжение в 8 миллионов вольт.
В этих единицах измерения энергии альфа-частица со
скоростью в 20000 км в секунду имеет энергию в 8
миллионов вольт или, как часто говорят, в 8 миллионов
электрон-вольт. Ниже мы всегда будем выражать энер¬
гию в вольтах.
К счастью, оказалось, что для искусственного рас¬
щепления ядра вовсе не нужны частицы с такой же
энергией, как природные альфа-частицы. Быстрые ядра
гелия, и в ещё большей мере быстрые протоны, способ¬
ны расщеплять ядро и при значительно меньших энер¬
гиях. Так, быстрые протоны могут расщеплять, например,
литий при энергиях, меньших 100000 вольт. Впрочем,
при больших энергиях протонов расщепление проис¬
ходит значительно энергичнее, чем при малых энергиях
27

Искусственное расщепление элементов протонами бы¬
ло впервые осуществлено в 1932 г. английскими фи¬
зиками Кокрофтом и Уолтоном.
Первая, полученная ими ядерная реакция, выглядит
так:
(литий)
7
3
+
(водород)
1
1
→(бериллий)
8
4
→(гелий)
4
2
+
(гелий)
4
2.
Мы видим, что ядро лития с весом 7, захватывая
протон, превращается в ядро бериллия, которое распа¬
дается на две альфа-частицы (т. е. на два ядра гелия).
Таким образом, из лития с водородом получается гелий.
5.	ПРОИЗВОДСТВО «ЯДЕРНЫХ ПУЛЬ»
Рассказывать подробнее о способах получения бы¬
стрых частиц мы здесь не будем и лишь кратко сооб¬
щим об основных достигнутых результатах.
Кокрофт и Уолтон в своей первой работе довели
напряжение до 700000 вольт. Количество быстрых про¬
тонов в секунду, полученное в их опытах, достигло
60000 миллиардов; это количество протонов соответст¬
вует переносимому ими электрическому току, равному
одной стотысячной ампера (через обычную электриче¬
скую лампочку в 100 свечей, если напряжение в сети
равно 120 вольт, идёт ток, равный, примерно, половине
ампера). Для сравнения укажем, что такое же количе¬
ство (60000 миллиардов) альфа-частиц в секунду ис¬
пускается полутора килограммами радия. Между тем,
запасы добытого радия во всём мире составляют лишь
несколько килограммов; кроме того, из радия наружу
выходит лишь ничтожная часть испускаемых им частиц,
так как большинство частиц застревает в самом радии
(альфа-частица, может пролететь в радии лишь тысяч¬
ные доли миллиметра).
Для получения напряжений в несколько миллионов
вольт приходится сооружать установки гигантских раз¬
меров (рис. 10). Электрическое напряжение между
шарами в подобной установке, называемой генератором
Ван-де-Граафа, может быть доведено до 5 миллионов
вольт.
28

Сложность работы с очень высокими напряжениями
и практическая невозможность получить напряжения,
большие, примерно, 5 миллионов вольт, заставляют по¬
думать о том, нельзя ли получить быстрые частицы
Рис. 10. Установка для получения напряжения в несколько
миллионов вольт имеет гигантские размеры.
без использования высокого напряжения? Такая воз¬
можность, оказывается, существует. Она используется
в построенном в 1932 г. американским физиком Лоу¬
ренсом приборе, получившем название циклотрона.
Принцип устройства циклотрона состоит в том, что
частицу, которую хотят разогнать, много раз ускоряют
29

сравнительно небольшим напряжением; в результате
такого, многократного ускорения частица приобретает
очень большую энергию. Описывать устройство цикло¬
трона мы не будем- В настоящее время этот прибор
является основным источником быстрых частиц — ядер
водорода (т. е. протонов), ядер гелия (т. е. альфа-ча¬
стиц) и др. Число циклотронов во всём мире исчисляет¬
Рис. 11 Самый большой в мире циклотрон во время постройки.
ся несколькими десятками. Наибольший из известных
работающих циклотронов, установленный в Калифор¬
нии, весит 225 тонн и позволяет получить протоны
с энергией до 10 миллионов вольт и альфа-частицы с
энергией до 50 миллионов вольт. В 1941 г. в Америке
строился новый гигантский циклотрон, который должен
был производить альфа-частицы с энергией до 200 мил¬
лионов вольт (для сравнения укажем, что, энергия
альфа-частиц от радиоактивных веществ не превосхо¬
дит 12 миллионов вольт, а обычно даже не больше
8 миллионов вольт). Война прервала постройку этого
циклотрона, но сейчас она возобновлена. Пущен ли
уже новый циклотрон в ход — пока неизвестно. Он
должен весить 4000 тонн и иметь в высоту около
10 метров (рис. 11).
30

Использование искусственно получаемых потоков
быстрых заряжённых частиц открыло перед физиками
большие возможности. Почти все без исключения эле¬
менты были обстреляны протонами и альфа-частицами
разной энергии. В результате число обнаруженных
ядерных превращений сильно возросло и в настоящее
время превосходит тысячу.
IV. СТРОЕНИЕ ЯДРА
I. КАКИЕ ЧАСТИЦЫ ВХОДЯТ В СОСТАВ ЯДРА?
Из опытов с расщеплением ядер известно, что в яд-
ре есть протоны. Однако, из одних протонов ядра
состоять никак не могут — если это имело бы место, то
заряд и вес ядра численно равнялись бы друг другу.
Между тем, ядро урана при заряде в 92 имеет вес
238, а не 92.
Нужно поэтому выяснить, какие же ещё частицы,
кроме протонов, входят в состав ядра.
Сначала думали, что помимо протонов в состав ядра
входят электроны; их количество должно было бы
равняться разности между весом и зарядом ядра. На¬
пример, в ядре урана
31
238
92
с этой точки зрения должно
быть 238 протонов и 146 электронов: электроны ском¬
пенсируют заряд 146 протонов и общий заряд ядра
будет равен 238—146=92; вес же ядра будет равен
238 (весом электронов можно пренебречь).
Однако, предположение о вхождении электронов в
состав ядра противоречит целому ряду опытных фактов
и оказалось неправильным.
2. ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНА
Загадка атомного ядра была разрешена лишь
в 1932 г., после того как обнаружили новую частицу,
о которой мы пока не говорили. Ещё в 1921 г. Резер¬
форд высказал мысль о том, что может существовать
ядро с зарядом, равным нулю, и с весом, равным весу

протона. Подобные частицы должны обладать совер¬
шенно необычайными свойствами. Протон или альфа-
частица, пролетая мимо атомов и через них, отрывают
от атомов электроны и в результате оставляют за со¬
бой ионный след, видимый в камере Вильсона. Незаря¬
жённая же частичка ионизовать атомы не будет и её
путь обнаружить в камере нельзя.
Заряжённая частичка пробегает в веществе лишь
сравнительно небольшой путь, так как растрачивает
свою энергию на ионизацию (мы уже говорили, что
путь альфа-частиц радия в воздухе измеряется санти¬
метрами). Незаряжённая же частица на создание ио¬
нов свою энергию не тратит и поэтому может свободно
проходить через вещество.
На первый взгляд кажется, что мы вообще лишены
возможности обнаружить такую частицу, для которой
«все двери открыты». Но, к счастью, это не так,
В 1932 г. Чадвик — ближайший сотрудник Резерфор¬
да — доказал, что незаряжён¬
ная частица весом в единицу су¬
ществует. Новая частица полу¬
чила название нейтрона.
Каким же образом удалось
обнаружить нейтрон?
Всё сказанное выше о свой¬
ствах незаряжённых частиц, та¬
ких, как нейтрон, правильно, но
всё же не вполне. Проходя ми¬
мо атома или через атом, ней¬
трон действительно не испыты¬
вает никакого торможения. Но
ведь нейтрон может столкнуться
и с атомным ядром. А при таком
столкновении произойдёт то же,
что при ударе двух стальных ша¬
риков: если до удара один из
шариков стойл на месте, а другой двигался, то
после удара оба ширина придут в движение; если же
вес шариков одинаков, то при лобовом ударе первый
шарик после удара должен совсем остановиться, пере¬
дав всю свою энергию второму. Следовательно, когда
Рис. 12. Проходя через
камеру Вильсона, напол¬
ненную водородом, нейт¬
рон передал свою энер¬
гию протону, след кото¬
рого виден на снимке.
32

нейтрон столкнётся в лоб с протоном, который имеет
такой же вес, как и нейтрон, то протон получит всю
энергию нейтрона, т. е. начнёт двигаться с такой же
скоростью, с какой до удара двигался нейтрон. Но
если быстрый нейтрон невидим, то быстрый протон
оставляет ионный след и его можно «видеть» в камере
Вильсона. Таким образом и был открыт нейтрон.
При обстреле элемента бериллия альфа-частицами
было обнаружено, что альфа-частица захватывается
ядром бериллия, которое превращается в ядро углерода.
Это последнее ядро, в свою очередь, давало какое-то
неизвестное излучение, которое, как оказалось, и со¬
стоит из нейтронов. Все эти превращения мы можем
записать так:
(бериллий)
9
4+
(гелий)
4
2
→(углерод)
13
6
→(углерод)
12
6
+
нейтрон.
Если пучок нейтронов пропустить через камеру Вильсо¬
на, наполненную, например, водородом, то на снимках
иногда появляются следы протонов (рис. 12), получив¬
ших энергию при соударении с нейтронами.
3. СТРОЕНИЕ ЯДРА
После открытия нейтрона вопрос о строении атом¬
ного ядра сразу же стал ясен.
Ядро состоит из протонов и нейтронов (рис. 13).
Число протонов равно заряду ядра, а число нейтро¬
нов равно разности между весом и зарядом ядра.
Рис. 13. Ядро состоит из протонов и нейтронов.
В ядре гелия имеется два протона и два нейтрона (вес
4, заряд 2), в ядре кислорода 8 протонов и 8 нейтро¬
нов (вес 16, заряд 8), в ядре урана 92 протона и 146
нейтронов (вес 238, заряд 92) и т. д.
33

Теперь становится вполне понятным, что означает
существование изотопов, о котором было упомянуто
в главе II. При данном числе протонов ядро может
иметь различное число нейтронов и, следовательно,
разный вес. Поскольку химические свойства атома оп¬
ределяются зарядом ядра, т. е. числом протонов в нём,
то ядра с различным числом нейтронов, но одинако¬
вым числом протонов принадлежат одному и тому же
химическому элементу. Такие ядра и называются изо¬
топами.
Многие элементы имеют несколько изотопов.
У ртути, например, имеются изотопы с весами 193,
196, 198, 199, 200, 201, 202, 203 и 204; средний атом¬
ный вес ртути равен 200, 61.
Наличие изотопов объясняет тот факт, что точное
значение атомных весов различных элементов может
существенно отличаться от единицы. Атомный вес хло¬
ра, например, равен 35,5. Ядро иметь такой вес не мо¬
жет; всё дело в том, что имеется два изотопа хлора с
весами 35 и 37 (заряд хлора равен 17). Изотоп хлор
35
17
в природном хлоре имеется в количестве 75 процен¬
тов, а изотоп хлор
37
17
— в количестве 25 процентов.
Кислород имеет три изотопа с весами 16, 17 и 18. Со¬
держание этих изотопов в процентах, соответственно,
таково: 99,76, 0,04 и 0,20.
В 1932 г. было обнаружено, что и водород имеет
также изотоп, вес которого равен двум. Этот тяжёлый
водород, называемый также дейтерием, присутствует в
природном водороде в количестве одной пятитысячной,
т. е. составляет 0,02 процента водорода. Ядро тяжёлого
водорода или дейтерия также имеет специальное наз¬
вание — оно называется дейтоном (вес 2, заряд 1) и
состоит из протона и нейтрона. Быстрые дейтоны сей¬
час широко используются, наряду с протонами и аль¬
фа-частицами, для получения различных ядерных
реакций.
Если в воде, молекула которой состоит из двух ато¬
мов водорода и одного атома кислорода, заменить
обычный водород на тяжёлый, то получится так назы¬
ваемая тяжёлая вода.
34

4. РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ
Различие в весах изотопов не влияет заметно на их
химические свойства, но всё же сказывается на плотно¬
сти, температуре плавления и других величинах. Обыч¬
но эти различия, связанные с весом атомов, очень малы.
У водорода же они вполне заметны — это и понят¬
но, так как вес дейтерия (тяжёлого водорода) вдвое
больше веса обычного (лёгкого) водорода. Тяжёлая
вода замерзает при 3,8 градусах Цельсия, между тем
как обычная вода замерзает при нуле градусов; кипит
тяжёлая вода не при 100, а при 101,4 градусах Цельсия.
Не удивительно поэтому, что тяжёлая вода оказывает
на организм не такое влияние, как обычная вода;
например, многие семена (в частности семена табака)
в тяжёлой воде не дают ростков.
У более тяжёлых элементов разница весов изото¬
пов относительно гораздо меньше. Например, изотопы
хлора имеют веса 35 и 37, т. е. разность их весов рав¬
на, примерно, одной двадцатой их веса. Отсюда ясно,
как малы должны быть отличия между изотопами хло¬
ра и других элементов, особенно тяжёлых (в уране
разность весов изотопов составляет меньше двух сотых
от их веса).
Поэтому разделение изотопов является делом край¬
не трудным. Трудно разделить даже изотопы водорода.
Тяжёлый водород лучше всего получать в форме
тяжёлой воды, которая в свою очередь наиболее просто
получается при разложении природной воды электри¬
ческим током. При прохождении тока вода разлагается
на водород и кислород. При этом молекулы воды,
содержащие тяжёлый водород, более устойчивы, чем
молекулы лёгкой воды; в результате при разложении
воды током улетает относительно больше лёгкого во¬
дорода, чем тяжёлого, и остающаяся вода становится
«более тяжёлой», т. е- содержит больший процент тя¬
жёлой воды. Этот процесс очень трудоёмок. Достаточ¬
но сказать, что для получения тонны чистой тяжёлой
воды нужно разложить миллион тонн природной воды.
Для этого необходимо затратить 100 миллионов кило¬
ватт-часов электроэнергии. Таким образом, Днепровская
36

Гидроэлектростанция, мощностью в 560000 киловатт,
для получения тонны тяжёлой воды должна была бы
непрерывно проработать 180 часов, т. е. целых 7,5 су¬
ток. Тем не менее в настоящее время «тяжёлая
вода» — уже не редкость и доступна в больших коли¬
чествах.
Разделение изотопов более тяжёлых элементов не¬
сравненно сложнее, чем разделение изотопов водорода.
Для целей разделения используется различие в скоро¬
стях испарения лёгкого и тяжёлого изотопов, различие
в скоростях просачивания этих изотопов через пористые
перегородки и т. п. Но все эти способы столь сложны,
что до самого последнего времени изотопы разделялись
лишь в количестве ничтожных долей грамма и лишь
иногда граммов.
5. МЕХАНИЗМ ЯДЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
В свете современных представлений о ядре, соглас¬
но которым ядро состоит из протонов и нейтронов,
протекание различных ядерных превращений выглядит
следующим образом. Влетающая в ядро частица (про¬
тон, нейтрон, дейтон, альфа-частица) в силу своего
присутствия увеличивает число частиц в ядре и повы¬
шает его энергию; поэтому новое ядро, образовавшееся
после захвата падающей частицы, находится, так ска¬
зать, в возбуждённом состоянии — обладает избытком
энергии. Через некоторое время эта энергия может со¬
средоточиться на одном из протонов или нейтронов, и
они вылетят из ядра; иногда из ядра вылетает целая
альфа-частица.
Существует, однако, ещё один тип ядерных превра¬
щений, о котором мы уже говорили и который
состоит в испускании ядром электронов (так называе¬
мый бета-распад). Казалось бы, из факта существова¬
ния такого распада вытекает, что в ядре должны быть
электроны. Тем не менее электронов в ядре нет, и бета-
распад осуществляется очень интересным и неожидан¬
ным путём. А именно, испускание электрона ядром
происходит в результате того, что один из ядерных
нейтронов переходит в протон; при этом рождается
электрон. Заряд при таком превращении, разумеется,

сохраняется, так как алгебраическая сумма зарядов
протона и электрона равна нулю. Можно сказать, что
нейтрон радиоактивен и распадается, испуская элек¬
трон. В большинстве ядер такой распад нейтронов не
происходит лишь в силу влияния соседних протонов и
нейтронов.
Распад нейтронов на протон и электрон наводит на
мысль, что нейтрон состоит из протона и электрона и
что он является сложной частицей. Однако, это предпо¬
ложение неверно. Электрон при распаде нейтрона
именно рождается, т. е. образуется вновь. Мы не мо¬
жем здесь подробнее осветить этот вопрос за недо¬
статком места, но приведём пример, могущий по¬
яснить суть дела. Если мы ударяем по рельсу, то раз¬
даётся звон, т. е. в воздухе создаётся звук. Существо¬
вал ли этот звук в рельсе до того, как мы по нему
ударили? Разумеется, нет. Звук рождён ударом по
рельсу. Точно так же при изменении движения элект¬
ронов в атоме рождается свет; до того, как свет не
был излучён, его не было, свет нигде в атоме спрятан
не был. Так и электрон создаётся вновь при превраще¬
нии нейтрона в протон.
V. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
1. ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ
Как известно, одноимённо заряжённые частички от¬
талкиваются друг от друга электрическими силами.
Входящие в состав ядра положительно заряжённые
протоны также отталкиваются друг от друга. Поэтому
ядро, казалось бы, должно разлетаться на составные
части, т. е. на протоны и нейтроны. Между тем, как из¬
вестно, нерадиоактивные ядра вполне устойчивы. Даже
для того, чтобы добиться вылета из ядра всего лишь
одного протона или нейтрона, необходимо возбудить
ядро падающей на него альфа-частицей или протоном.
Чем эта устойчивость ядер объясняется?
Устойчивость ядер связана с тем, что между всеми
входящими в состав ядра частицами действуют особые
37

ядерные силы. Эти силы очень быстро уменьшаются при
увеличении расстояния между частицами, они действу¬
ют лишь в самом ядре и в непосредственной близости
от него. Между нейтронами, а также между протоном
и нейтроном действуют лишь эти ядерные силы. Ме¬
жду протонами на больших расстояниях сильнее дей¬
ствуют электрические силы, но на очень маленьких
расстояниях сильно действуют также и ядерные силы.
В результате действия ядерных сил ядро устойчиво.
2. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ
Если бы мы захотели разбить ядро на протоны и
нейтроны, то для этого пришлось бы затратить энер¬
гию. Эта энергия равна работе, необходимой для того,
чтобы оторвать протоны и нейтроны друг от друга.
Если же, наоборот, взять какое-либо число протонов и
нейтронов и дать им соединиться вместе, то энергия
выделится; при этом, из закона сохранения энергии
следует, что выделяющаяся энергия как раз равна той
энергии, которую нужно затратить для того, чтобы
разложить ядро на протоны и нейтроны. Эта энергия
получила название энергии связи. Для дейтона энергия
связи равна 2 миллионам вольт, для альфа-частицы —
28 миллионам вольт, для ядра лития (с весом 7) энер¬
гия связи равна 39 миллионам вольт. Это значит, что
для того, чтобы разбить дейтон, альфа-частицу и ядро
лития на протоны и нейтроны, нужно затратить энергию,
равную соответственно 2,28 и 39 миллионам вольт.
И, наоборот, если дать соединиться протону и нейтрону
в дейтон, то выделится энергия в 2 миллиона вольт (на¬
помним здесь ещё раз, что энергия, например, в мил¬
лион вольт это есть та энергия, которую получает про¬
тон, ускоренный напряжением в миллион вольт).
3. КАК ИЗМЕРЯЮТ ЭНЕРГИЮ СВЯЗИ
Теперь естественно возникает вопрос, как же удаёт¬
ся определить энергию связи ядра?
Для этого существует несколько способов. Однако,
лишь один из этих способов является основным и ис¬
38

пользуется в большинстве случаев. Способ этот осно¬
ван на законе эквивалентности массы и энергии, уста¬
новленном знаменитым физиком Эйнштейном ещё
в 1905 г.
До Эйнштейна считали, что существуют два различ¬
ных закона сохранения: закон сохранения массы, или
вещества, и закон сохранения энергии.
Первый из этих законов состоит в том, что масса
данного вещества или нескольких веществ остаётся
неизменной. Другими словами, масса тела не меняется
ни при химических реакциях, ни при нагревании и ох¬
лаждении, ни при каких-либо других обычных воздей¬
ствиях. При этом вместо массы можно говорить о ве¬
се, так как обе эти величины пропорциональны друг
другу. (А при соответствующем выборе единиц измере¬
ния масса и все тела даже численно совпадают.)
Закон сохранения энергии состоит в утверждении,
что энергия не появляется и не исчезает. Энергия мо¬
жет лишь переходить из одной формы в другую.
И вот Эйнштейн установил, что закон сохранения
массы вещества и закон сохранения энергии на самом
деле связаны друг с другом. Масса и энергия оказа¬
лись эквивалентными. Это значит, что если сообщить
телу энергию, то его масса или вес возрастут. И, на¬
оборот, отняв энергию, мы уменьшаем массу и вес тела.
Однако, даже довольно большое изменение энергии при¬
водит лишь к ничтожному изменению массы. Дело в
том, что масса равна энергии, делённой на огромную
величину — на квадрат скорости света:
масса =
энергия
(скорость света)2'
Если мерить массу в граммах, длину в сантиметрах и
время в секундах, то энергия измеряется в особых
единицах, называемых эргами. Для примера укажем,
что кинетическая энергия шарика с маесой в 1 грамм,
движущегося со скоростью в 2 сантиметра в секунду,
равна двум эргам. Скорость же света в этой же си¬
стеме единиц равна 30000000000 см/сек.
Встречающимся в обычной жизни изменениям энер¬
гии соответствует лишь совершенно ничтожное измене-
39

ние массы. Например, если мы нагреем тонну воды на
сто градусов, то масса воды увеличится лишь на 1/200000
часть грамма.
Поэтому при обычных химических и физических
процессах масса и энергия практически сохраняются в
отдельности.
Если же изменения энергии достаточно велики, то
происходящее в результате этого увеличение или умень¬
шение массы можно заметить. С таким случаем как раз
мы и встречаемся в атомном ядре. При соединении
протонов и нейтронов в какое-либо ядро выделяется
энергия связи, поэтому масса или вес ядра должны
быть меньше суммы масс всех входящих в его состав
протонов и нейтронов. Изменение массы (веса), со¬
гласно закону эквивалентности массы и энергии, должно
равняться энергии связи, делённой на квадрат скорости
света. Поэтому, определяя с большой точностью вес
(массу) атомного ядра, мы можем узнать его энергию
связи.
В настоящее время физики умеют определять вес
ядер с большой точностью. О том, как это делается,
мы говорить здесь не можем за отсутствием места.
Укажем лишь, что измерение весов ядер показало, что
эти веса действительно отличаются от суммы весов
протонов и нейтронов, входящих в состав ядра.
Основной метод определения энергии связи и осно¬
ван на точном измерении веса ядра.
Существование энергии связи приводит к тому, что
веса ядер не равняются в точности целым числам (если
за единицу принять вес атома водорода). Поэтому, ког¬
да мы говорим, например, об (уране)
, то число 238
является лишь тем целым числом, которое наиболее
близко к истинному весу ядра урана.
4. ЗАПАСЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ
Можем ли мы сказать, что в атомных ядрах заклю¬
чены какие-то запасы энергии, и можно ли надеяться
эти запасы использовать? Сначала кажется, что таких
запасов нет. Чтобы разбить ядра на протоны и нейтро-
40
238
92

ны, нужно затратить энергию; получать же энергию,
выделяющуюся при соединении протонов и нейтро¬
нов, мы не можем потому, что свободных нейтронов
нет в природе — они всегда входят в состав атом¬
ных ядер.
Но запасы ядерной энергии всё же имеются, и эти
запасы колоссальны.
Поясним, что это значит, на примере. Если ядро ли¬
тия (вес 7, заряд 3) обстреливать протонами, то, как
мы уже видели (стр. 28), литий может захватывать
протон, превращаясь в ядро бериллия, которое в свою
очередь распадается на две альфа-частицы:
(литий)
7
3
+
(водород)
1
1
→(бериллий)
8
4
→(гелий)
4
2
+(гелий)
4
2.
При этом превращении ядро лития покоится, а протон
может иметь весьма малую энергию, скажем в 100000
вольт; получающиеся же ядра гелия разлетаются в раз¬
ные стороны с огромной скоростью — сумма энергий
обоих этих ядер равна 17 миллионам вольт.
Вся ядерная реакция может быть сфотографирована
в камере Вильсона (рис. 14).
Мы видим, что в этой реакции выделилась большая
энергия (17 миллионов вольт), и нужно объяснить, от¬
куда эта энергия взялась. Это очень просто сделать.
Вообразим себе, что мы разложили ядро лития
7
3
на
Рис. 14. Разложение ядра лития протонами. На снимке видны следы,
быстрых ядер гелия, получающихся при этом превращении.
41

протоны и нейтроны, для чего нужно затратить как раз
энергию связи, равную 39 миллионам вольт; после это¬
го дадим этим трём протонам и четырём нейтронам
вместе с налетающим протоном соединиться в два яд¬
ра гелия. Энергия связи одного ядра гелия равна 28
миллионам вольт; энергия связи двух ядер гелия рав¬
на, очевидно, 56 миллионам вольт. Поэтому при соеди¬
нении четырёх протонов и четырёх нейтронов в два
ядра гелия должно выделиться 56 миллионов вольт
энергии. Затратить же на разложение лития нужно бы¬
ло бы всего 39 миллионов вольт. Таким образом, энер¬
гия в 17 миллионов вольт должна каким-то образом
выделяться. Она-то и выделяется в виде кинетической
энергии ядер гелия, т. е. в виде энергии их движения.
Как видно на рис. 14, ядра гелия разлетаются в разные
стороны с огромными скоростями.
Из приведённого примера ясно, что означает ут¬
верждение о наличии запасов ядерной энергии.
Всё дело в том, что имеются такие случаи, когда
превращение какого-либо ядра или двух ядер в другие
два ядра должно сопровождаться выделением энергии.
Другими словами, для получения энергии вовсе не
обязательно соединять свободные протоны и нейтроны.
Того же результата можно достигнуть, превращая какие-
либо ядра в другие ядра с большей энергией связи, как
это происходит в нашем примере. При таком превраще¬
нии выделится энергия, равная разности энергий свя¬
зи конечных и исходных ядер, участвовавших в ядер¬
ной реакции.
Силы, действующие в ядре, очень велики. Поэто¬
му энергия, выделяющаяся при ядерных превраще¬
ниях, несравненно больше энергий, которые можно по¬
лучить при сгорании угля или при каком-нибудь
взрыве.
Для того, чтобы показать это, посмотрим, какая
энергия выделяется, если при помощи протонов разло¬
жить все ядра, находящиеся в 1 грамме лития.
Эта энергия равна энергии, выделяющейся при раз¬
ложении одного ядра (т. е. 17 миллионам вольт), умно¬
женной на число ядер в 1 грамме лития, которое равно
87000000000000000000000. Если перемножить эти
42

43
числа и выразить энергию не в вольтах, а в больших
калориях, то энергия разложения грамма лития ока¬
жется равной 56 миллионам больших калорий.
Эта цифра огромна.
Достаточно вспомнить, что 1 большая калория (или,
как говорят, кило-калория) равна количеству энергии,
необходимой для нагревания 1 килограмма воды на
один градус. При сгорании грамма угля выделяется
Рис. 15. Запасы ядерной энергии в грамме лития равны запасам
химической энергии в 7 тоннах каменного угля.
около 8 больших калорий тепла. При химических реак¬
циях, таких, как соединение кислорода с водородом
в воду, также выделяется несколько больших калорий
энергии на грамм вещества.

Мы видим, что запасы ядерной энергии больше за¬
пасов химической энергии в том же количестве веще¬
ства, примерно, в 10 миллионов раз!
Все мировые запасы угля оцениваются в 6 миллиар¬
дов тонн. Энергия этих запасов равна энергии, содер¬
жащейся, примерно, в миллионе тонн лития; такое ко¬
личество лития занимает объём куба с длиной ребра
всего в 124 метра.
Легко себе представить, какое значение для всего
развития науки и техники на Земле имело бы овладе¬
ние запасами ядерной энергии. Вместо целого поезда с
углём можно было бы взять 100—200 граммов лития
или другого элемента. Самолёты и пароходы могли бы
летать и плавать, не беспокоясь о пополнении запасов
горючего.
5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ
К сожалению, добиться столь заманчивого исполь¬
зования ядерной энергии совсем не просто. Всё дело в
крайне низком коэффициенте полезного действия ядер¬
ных реакций. Например, при расщеплении лития про¬
тонами с энергией в миллион вольт лишь один протон
из нескольких тысяч разрушает ядро лития, все же
остальные протоны замедляются в литии и никаких
реакций не вызывают. Поэтому для того чтобы разло¬
жить одно ядро и получить 17 миллионов вольт, нужно
истратить несколько миллиардов вольт энергии на
ускорение нескольких тысяч протонов до энергии в мил¬
лион вольт.
Ничтожность коэффициента полезного действия
ядерных реакций вполне понятна. Ведь как налетаю¬
щие на ядро протон или альфа-частица, так и само
ядро заряжены положительно и, следовательно, оттал¬
киваются. Только в том случае, когда протон движется
с достаточно большой скоростью и налетает прямо на
ядро, он может вызвать расщепление ядра. В боль¬
шинстве же случаев протон пролетает мимо ядра, за¬
нимающего лишь очень малую часть атома, и теряет
свою энергию на создание ионов. Медленные же про-
44

тоны вообще проникнуть в ядро не могут. А замед¬
лившись, они, с точки зрения ядерных превращений,
«выходят из игры».
Несколько лучше обстоит дело с нейтронами. Ней¬
троны не заряжены, могут попадать в ядро беспрепят¬
ственно, и поэтому коэффициент полезного действия
ядерных реакций на нейтронах может достигать ста
процентов. Примером такой реакции может служить
распад ядра лития под влиянием нейтронов, сопровож¬
дающийся вылетом быстрого ядра гелия. Однако, и
такие реакции не спасают положения, так как для раз¬
ложения кусочка лития нужно получить огромное ко¬
личество нейтронов; нейтроны же можно получать лишь
в результате проведения ядерных реакций, например,
бомбардируя бериллий альфа-частицами (бериллий)
8
4
+
+
(гелий)
4
2
→(углерод)
12
6
+
нейтрон)
. Но даже в этой,
наиболее удачной реакции один нейтрон получается на
5000 альфа-частиц Поэтому, если мы смешаем литий
с бериллием и пустим на эту смесь 5 000 нейтронов, то
они породят 5000 альфа-частиц, которые, однако, да¬
дут лишь один нейтрон. Следовательно, реакция разло¬
жения вещества итти не будет.
6.	ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
Для того, чтобы выделить и использовать ядерную
энергию, нужна совсем особая ядерная реакция, кото¬
рая сама себя поддерживает.
Допустим, например, что было бы открыто ядерное
превращение, при котором один нейтрон вызывает по¬
явление двух нейтронов и одного протона, а эти два
нейтрона дают уже четыре нейтрона и два протона,
и т. д. При этой реакции, очевидно, число разложенных
ядер будет всё время возрастать, и в конце концов
всё вещество разложится. Такая реакция называется
цепной реакцией.
В результате разложения вещества выделится ог¬
ромная энергия. Эта энергия будет заключена в кине¬
тической энергии протонов и нейтронов, полученных
при ядерном превращении. Как читателю известна,
45

обычная тепловая энергия представляет собой кинети¬
ческую энергию беспорядочного движения молекул.
Поэтому появление огромного числа быстро движу¬
щихся во все стороны протонов и нейтронов вполне
равносильно сильному нагреву тела. Другими словами,
энергия ядерного превращения выделяется в виде теп¬
ловой энергии, которая может быть использована так
же, как энергия угля или нефти.
Мы указали пример мыслимого ядерного превраще¬
ния, которое могло бы привести к освобождению ядер¬
ной энергии. Вся беда в том, что такое превращение,
или похожее на него, оставалось неизвестным. Поэтому
несколько лет назад использование ядерной энергии
казалось несбыточной мечтой, и ещё в 1938 г. никто не
предполагал, что овладение этой энергией не за
горами.
7. НЕПТУНИЙ И ПЛУТОНИЙ
Использование энергии ядра оказалось практически
возможным лишь после того, как в 1939 г. стало из¬
вестно совершенно новое ядерное превращение, непо¬
хожее на все те ядерные реакции, о которых мы гово¬
рили.
История этого открытия начинается с 1934 г., когда
энергично занялись изучением ядерных превращений,
вызываемых нейтронами.
Руководимая Ферми группа итальянских физиков, а
затем и многие другие учёные обследовали воздей¬
ствие нейтронов на ядра почти всех элементов. В чи¬
сле этих элементов был и уран, ядро которого имеет
самый большой заряд, равный 92. Оказалось, что, бу¬
дучи захвачен ядром урана с весом 238, нейтрон пре¬
вращает это ядро в ядро урана с весом 239:
(уран)
238
92
+
нейтрон
→(уран)
239
92
Как мы знаем, (уран)
239
92
распадается очень медлен¬
но, с выбрасыванием альфа-частицы. Уран же с весом
239 может распадаться с вылетом бета-частицы, т. е.
быстрого электрона. При этом (уран)
239
92
распадается
46

наполовину (т. е. распадается половина его атомов)
всего за 23 минуты. После такого распада заряд остав¬
шегося ядра будет равен 93, а вес остаётся неизмен¬
ным, поскольку весом электрона можно пренебречь.
Таким образом, мы получаем элемент с порядковым
номером 93, которого нет в природе и в периодической
таблице Менделеева.
Элемент с зарядом 93 получил название нептуния.
Он также неустойчив и распадается с вылетом электро¬
на (т. е. бета-частицы). В результате получается эле¬
мент с зарядом 94 и весом 239, именуемый плуто¬
нием.
Время, за которое нептуний распадается наполовину
(т. е. распадается половина атомов нептуния), равно
2,3 дня. Что же касается плутония, то он распадает¬
ся очень медленно и при этом испускает альфа-ча¬
стицы. Практически же плутоний так же устойчив, как
и уран.
Вся цепь превращений урана под влиянием нейтрона
такова:
(уран)
238
92
+
нейтрон
→(уран)
239
92
↓(нептуний)
239
93
+электрон
↓(плутоний)
239
94
+
электрон
.Нептуний и плутоний, стоящие в периодической табли¬
це за ураном, получили название трансурановых эле¬
ментов.
Однако, влияние нейтронов на уран, как оказалось,
не ограничивается превращениями, о которых мы рас¬
сказали и которые были надёжно установлены и отде¬
лены от других превращений лишь в 1940 г. Под
действием нейтронов из урана, помимо нептуния и плу¬
тония, образуются ещё и другие элементы, которые
вначале также считали трансурановыми, т. е. имеющими
заряды, большие, чем 92. Вопрос, однако, оказался
очень запутанным, и потребовалось несколько лет рабо¬
ты для того, чтобы выяснить, какие же вещества по¬
лучаются из урана и какова общая картина превраще¬
ний этого элемента.
47

8. ДЕЛЕНИЕ ЯДРА УРАНА
Вся эта путаница теперь вполне понятна. Оказа¬
лось, что под действием нейтронов в уране может про¬
исходить ядерное превращение нового типа. Это пре¬
вращение, обнаруженное в 1938 г. Ганом и Штрасма¬
ном и ставшее известным в начале 1939 г., состоит
в том, что, захватив нейтрон, ядро урана может раз¬
делиться на две половинки.
Во всех других ядерных реакциях из ядра выле¬
тает, самое большее, альфа-частица. Здесь же из урана
получаются два ядра среднего атомного веса, напри¬
мер, криптон и барий:
(уран)
238
92
+
нейтрон
→(уран)
239
92
→(криптон)
97
36
+
(барий)
142
56
.Энергия связи осколков, т. е. ядер криптона и бария,
значительно больше, чем урана. Поэтому при делении
урана выделяется огромная энергия в 170 миллионов
вольт, т. е. в 10 раз больше, чем при разрушении лития
протонами. Энергия, выделяющаяся при делении, пере¬
ходит в кинетическую энергию осколков урана, т. е.
эти осколки приобретают громадную скорость.
Деление урана, между прочим, аналогично расщеп¬
лению лития:
(литий)
7
+
протон
1
→(бериллий)
84
(гелий)
4
2
+
(гелий)
4
2
1
1
В обоих случаях ядро делится на две половинки, и при¬
чины выделения энергии также одинаковы. Однако,
ядра, более тяжёлые, чем литий, всегда выбрасывают,
самое большее, альфа-частицу; при разрушений лития
также получаются лишь альфа-частицы. Стало быть,
деление урана является совсем особым явлением.
Посмотрим, как это деление урана происходит.
Ядро урана, состоящее более чем из двухсот частиц,
подобно маленькой круглой заряжённой капельке и
имеет шарообразную форму (рис. 16, а). Если же мы
начнём изменять форму ядра, то будет происходить со¬
вершенно то же, что и с капелькой. При небольшом
48

растяжении ядра оно стремится вернуться к своей пер¬
воначальной шарообразной форме, так как в этом
случае поверхность ядра самая маленькая; увеличе¬
ние же поверхности не выгодно, оно требует затраты
энергии.
Но если мы сильно изменим - форму ядра, — так,
как это показано на рис. 16, б, — то ядру будет уже вы-
Рис. 16. Деление ядра урана.
годнее развалиться на две половинки, потому что обе
части ядра отталкиваются друг от друга электрически¬
ми силами, и это отталкивание становится существен-
Рис. 17. Осколки, получающиеся при делении ядра урана, на¬
блюдаются в камере Вильсона — они оставляют в ней жирные
следы.
нее, чем проигрыш энергии, связанный с увеличением
поверхности.
Таким образом, для того чтобы произошло деление
ядра урана, нужно вызвать в ядре сильные движения,
которые привели бы к нужному изменению его формы.
49

Попадающий в ядро урана нейтрон как раз и может
возбудить сильные движения и тем самым привести к
делению этого ядра. При делении получаются различ¬
ные осколки, например, криптон и барий, или рубидий
и цезий (от случая к случаю может получиться либо
одна пара ядер, либо другая).
Осколки можно наблюдать в камере Вильсона
(рис. 17).
Для всех осколков, получающихся при делении ура¬
на, характерна, однако, одна особенность — они ока¬
зываются очень перегружёнными нейтронами. Дело в
Рис. 18. При делении ядра урана образуются два-три нейтрона.
том, что в более тяжелых элементах отношение чис¬
ла нейтронов к числу протонов больше, чем в лёгких
элементах.
Например, в уране
238
92
имеется 146 нейтронов и
92 протона, а в кислороде
16
8
число нейтронов и прото¬
нов одинаково.
Существующие в природе изотопы криптона и бария
имеют соответственно самое большее 50 и 82 нейтрона,
или в сумме 132 нейтрона. Между тем, в ядре урана с
весом 239, распадающемся на криптон и барий, имеет¬
ся 147 нейтронов; поэтому ядра криптона и бария, об¬
разовавшиеся при делении урана, вместе будут иметь
50

]5 лишних нейтронов. Это обстоятельство приводит к
тому, что в осколках, получившихся от деления урана,
лишние нейтроны превращаются в протоны, т. е. эти
осколки оказываются радиоактивными и испускают бе¬
та-частицы. Криптон, например, распадается таким
образом:
(криптон) 36→(рубидий)
37 +
(электрон)
↓(стронций)
38 +
(электрон).
Таким образом, при делении урана появляется очень
много элементов, большинство из которых радиоак¬
тивно.
Но перегрузка осколков нейтронами так велика,что
одной радиоактивностью дело не ограничивается, и
несколько нейтронов просто вылетает в свободном
виде.
Следовательно, при делении урана, вызываемом
нейтронами, освобождаются новые нейтроны, количест¬
во которых равно двум или трём на одно разваливаю¬
щееся ядро (рис. 18).
Этот факт и играет решающую роль в использова¬
нии ядерной энергии.
Деление урана оказывается ядерным превращением
как раз такого типа, при котором один нейтрон приво¬
дит к вылету нескольких новых нейтронов. Одновре¬
менно выделяется большая энергия. Если нейтроны,
образовавшиеся при делении, могут с успехом вызы¬
вать новые деления ядер, то число нейтронов и разби¬
тых ядер будет всё время нарастать, и реакция не пре¬
кратится.
Более того, если не принять специальных мер, то
эта реакция будет нарастать так бурно, что получится
взрыв. Подобная реакция, нарастающая без всяких
внешних источников, как мы уже говорили, называется
цепной реакцией.
Оказалось, что в уране такая цепная реакция
при определённых условиях может быть осуще¬
ствлена.
Именно таким образом и была впервые высвобож¬
дена ядерная энергия.
51

VI. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ АТОМНОГО
ЯДРА
1. ИЗОТОПЫ УРАНА И ИХ ДЕЛЕНИЕ
Уран состоит из трёх изотопов с весами 238, 235 и 234,
До сих пор упоминался, главным образом, уран
238
92 .Это не случайно, потому что изотоп с весом 238 со¬
ставляет 99,3 процента всего природного урана. Изотоп
с весом 235 имеется в количестве 0,7 процента; он со¬
ставляет лишь одну 140-ю часть урана. Изотоп с ве¬
сом 234 встречается в ничтожном количестве (0,006
процента) и нас интересовать не будет.
Посмотрим, при каких условиях делятся ядра, раз¬
личных изотопов урана.
Ядро урана с весом 238 делится лишь в том случае,
если на него попадёт нейтрон с энергией большей,
примерно, миллиона вольт; более медленные нейтроны
деления не производят, или производят его очень ред¬
ко. Отсюда сразу же ясно, что цепная реакция в уране
с весом 238 будет итти лишь в том случае, если ней¬
троны, получающиеся при делении, имеют энергию,
большую миллиона вольт; в противном случае получен¬
ные при делении нейтроны не могут вызвать деления
новых ядер и не будут поддерживать течение реакции.
На деле нейтроны, возникающие при делении урана
238
92 ,имеют энергию около двух-трёх миллионов вольт, но
цепная реакция всё равно не идёт.
Причина состоит в том, что, путешествуя по урану,
нейтроны не только могут вызывать деление ядер, но,
кроме того, постепенно замедляются; это замедление
происходит от соударений с ядрами урана, которым
нейтрон отдаёт часть своей энергии. Для того чтобы
шла цепная реакция, нужно, чтобы нейтрон успел за¬
хватиться ядром и вызвать его деление раньше, чем он
замедлится до, примерно, миллиона вольт. В противном
случае он потеряет способность производить это деле¬
ние. Фактически замедление нейтрона идёт слишком
быстро. Поэтому, если мы возьмём чистый уран с ве¬
сом 238, то цепная реакция в нём итти не будет.
52

В уране с весом 235, напротив, всё обстоит благо¬
получно, в нём цепная реакция может итти. Это объ¬
ясняется тем, что уран
235
92
делится нейтронами
сколь угодно малой энергии. Поэтому замедление ней¬
тронов не страшно — оно не препятствует развитию
реакции.
В природном уране цепная реакция, так же как в
уране
238
92
не происходит. О причинах этого будет ска¬
зано ниже.
2. ПРОСТЕЙШИЙ СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ
Простейший способ использования ядерной энергии
основан на применении урана
235
92
. Называя этот способ
простейшим, мы имеем в виду принципиальную, но
Рис. 19. Килограмм урана с весом 235 может дать такой же
взрыв, как 20000 тонн тринитротолуола. На рисунке изображён
кусок урана весом в килограмм в натуральную величину.
отнюдь не практическую его простоту. Ведь для полу¬
чения урана
53
нужно выделить этот редкий изотоп из
природного урана. На практике же разделение изотопов
урана является крайне трудным делом.
235
92

Если один килограмм урана
235
92
полностью разло¬
жится, т. е. все ядра урана разделятся, то при этом
должна выделиться такая же энергия, как при сгора¬
нии, примерно, 2000 тонн угля или при взрыве
20000 тонн тринитротолуола.
Не нужно, кстати, удивляться тому, что уголь даёт
тепла, примерно, в 10 раз больше, чем такое типичное
взрывчатое вещество, как тринитротолуол. Это действи¬
тельно так. В бомбах применяется тринитротолуол, а
не уголь не потому, что тринитротолуол выделяет осо¬
бенно много энергии, а потому, что он взрывается;
уголь же не взрывается, а медленно горит.
Уран очень тяжёл — один кубический сантиметр
урана весит 18,7 грамма. Поэтому килограмм урана
может быть изображён здесь в натуральную величину
(рис. 19).
И этот кусочек может дать такой же взрыв, как
20 эшелонов с боеприпасами!
3. АТОМНАЯ БОМБА
Первая «атомная бомба», сброшенная утром 5 авгу¬
ста 1945 г. на японскую военно-морскую базу Хиро¬
сима, по сообщениям прессы, состояла как раз из ура¬
на с весом 235.
Действие этой бомбы 	состоит в том, что в ней
в определённый момент начинает итти цепная реакция
деления урана, которая протекает так быстро, что носит
характер взрыва. Заметим, кстати, что такую бомбу
правильнее называть «ядерной», а не «атомной бом¬
бой», но это последнее название уже укоренилось и
вряд ли стоит его менять.
Выделяющееся при взрыве огромное количество
тепла приводит к таким же следствиям, как и при
взрыве обычных взрывчатых веществ. В силу колос¬
сального нагрева, вблизи от бомбы образуется очень
высокое давление воздуха, и из этой области начинает
итти взрывная волна, приводящая к разрушению зда¬
ний и других объектов. При взрыве должна получаться
очень высокая температура, повидимому, превосходящая
миллион градусов (напомним, что температура поверх-
54

ности Солнца равна 6000 градусов). При такой темпе¬
ратуре все тела испаряются. Поэтому в области, близ¬
кой к месту взрыва, могут произойти дополнительные
разрушения. Далее, как мы уже говорили, осколки
ядер урана очень радиоактивны. Поэтому, если все
ядра в одном килограмме урана разделятся, радиоак¬
тивность продуктов деления будет такой же, как
радиоактивность, примерно, миллиона килограммов ра¬
дия. Получающиеся же при радиоактивном распаде
альфа- и бета-частицы очень вредно действуют на ор¬
ганизм.
В сообщении президента Соединённых Штатов Аме¬
рики Трумэна указано, что первая «атомная бомба»,
сброшенная на Хиросиму, по своему действию эквива¬
лентна взрыву 20000 тонн тринитротолуола.
В результате взрыва этой бомбы город Хиросима
был очень сильно разрушен, и из 250 тысяч его жителей
свыше 100000 человек было убито и ранено. Взрыв со¬
провождался ослепительной вспышкой, видимой на рас¬
стоянии в 200 км, а столб дыма и пыли после взрыва
поднялся до 10—15 километров в высоту.
9 августа 1945 г. на японский город Нагасаки была
сброшена вторая «атомная бомба», вызвавшая, при¬
мерно, такие же разрушения, как и первая. Несмотря на
это, по американским сообщениям, вторая бомба весит
значительно меньше первой и состоит, повидимому, не
из урана
235
92.
«Атомная бомба» несомненно является грозным ору¬
жием, но всё же переоценивать её действие не следует.
Не нужно, в частности, думать, что при взрыве уничто¬
жаются все люди, живущие на расстоянии в несколько
километров (сообщения такого рода появлялись в ино¬
странной печати). Для того чтобы показать, насколько
такое утверждение преувеличено, достаточно привести
един пример. В Нагасаки «атомная бомба» взорвалась
на расстоянии 800 метров от тюрьмы, где находились
пленные английские и американские солдаты; при этом
в результате взрыва из 211 пленных погиб лишь
31 человек.
Ещё до начала боевого применения «атомных бомб»
одна такая бомба была в опытных условиях подорвана
55

16 июля 1945 г. в одном пустынном районе Соединён¬
ных Штатов Америки. Бомба была укреплена на сталь¬
ной башне, а наблюдатели находились на расстоянии
9 км от места взрыва и дальше. Вспышка от взрыва,
который был произведён ранним утром, осветила холмы,
находившиеся на расстоянии 35 км, как в яркий сол¬
нечный полдень, и была видна на расстоянии до 250 км.
От стальной башни после взрыва не осталось и следа —
она испарилась. Наблюдатели, находившиеся в 9 км от
места взрыва, взрывной волной были сбиты с ног.
Очень характерно, что даже учёные и инженеры,
конструировавшие «атомную бомбу», не могли заранее
угадать, каково будет действие взрыва и не знали
даже, произойдёт ли он вообще. Поэтому перед опыт¬
ным взрывом 16 июля они спорили о том, что про¬
изойдёт. Это вполне понятно.
Цепная реакция деления урана является сложным
явлением, где не всё заранее может быть учтено уже
потому, что при взрыве получаются такие высокие тем¬
пературы и давления, с которыми на Земле раньше
дела никогда не имели.
Для того чтобы дать почувствовать, какие совсем
необычные обстоятельства существенны для цепной
реакции деления урана, приведём один пример. Эта
реакция, как оказывается, не может итти, если размер
куска урана
235
92
меньше определённого размера, назы¬
ваемого критическим. Объясняется это тем, что
нейтроны, достигая краёв куска урана, выходят из него
и таким образом не производят дальнейшего деления
ядер; следовательно, если кусок урана слишком мал,
то цепная реакция итти не будет.
Возьмём теперь кусок урана с размером, большим
критического размера. В этом случае достаточно од¬
ному нейтрону попасть на уран, чтобы реакция начала
бурно развиваться. Один же нейтрон в уране всегда
найдётся — для этого есть много причин; достаточно
напомнить, что нейтроны получаются в результате
ряда ядерных превращений, вызываемых альфа-ча¬
стицами, испускаемыми ураном. Поэтому хранить
уран
235
92
в количестве, большем критического, нельзя —
он взорвётся.
56

4. УРАНОВЫЙ «КОТЁЛ»
До сих пор мы рассказали лишь о том, как исполь¬
зуется ядерная энергия изотопа урана с весом 235. Из
тонны урана получается лишь семь килограммов
урана
235
92
, и отделение этого изотопа представляет
собою задачу, хотя и решённую, но крайне трудную.
Килограмм урана
235
92
обходится, повидимому, значи¬
тельно дороже 2000 тонн угля, которым он равен по
количеству запасённой энергии. Возникает вопрос —
нужно ли обязательно разделять изотопы и нет ли
более простых способов использования энергии атом¬
ного ядра?
Установлено, что высвободить ядерную энергию
урана возможно и без разделения изотопов. На первый
взгляд вообще может показаться, что цепная реакция
просто должна итти в природном уране. Выше было
объяснено, почему реакция не идёт в уране
238
92
. Но
почему же в природном уране не делится весь находя¬
щийся в нём уран
235
92
?
Дело оказывается в том, что уран
238
92
, составляю¬
щий 99,3 процента природного урана, может захваты¬
вать нейтроны относительно небольшой энергии, в не¬
сколько вольт или десятков вольт. При таком захвате
деление ядер урана
238
92
не происходит, а образуется
изотоп урана с весом 239, который затем радиоактив¬
ным путём превращается сначала в нептуний, а потом —
в плутоний; об этой цепи превращений мы уже гово¬
рили раньше. В результате энергичного захвата нейтро¬
нов ураном
238
92
они не могут вызывать деление ура¬
на
235
92
и, таким образом, цепная реакция не идёт.
Но этой беде всё же можно помочь.
Уран
238
92
захватывает нейтроны с энергией от не¬
скольких вольт до нескольких десятков вольт; более
медленные нейтроны, могущие вызывать деление
урана
235
92
изотопом урана с весом 238 энергично не
захватываются. Поэтому, для того чтобы цепная реак¬
ция в природном уране всё же происходила, достаточ¬
но добиться очень быстрого замедления нейтронов
57

в уране. Если нейтроны удастся очень быстро замед¬
лить, то они будут лишь совсем недолго обладать энер¬
гией в несколько вольт или десятков вольт и большин¬
ство из них не будет захвачено ураном
238
92
• Замедлив¬
шись же, эти нейтроны могут вызывать деление
урана
235
92
. При этом делении получится по два-три бы¬
стрых нейтрона на каждое разделившееся ядро; эти
нейтроны, в свою очередь, будут быстро замедлены и
вызовут деление новых ядер и т. д. Конечно, некото¬
рая часть нейтронов всё же будет захвачена ура¬
ном
238
92
, что приведёт в конечном счёте к образованию
плутония.
Для того чтобы достигнуть быстрого замедления
нейтронов в уране, нужно смешать уран с большим
количеством какого-либо лёгкого вещества, точнее,
вещества с небольшим атомным весом. Замедление
нейтронов происходит просто потому, что, сталкиваясь
с ядром, нейтрон отдаёт ему часть своей энергии. При
этом нейтрон отдаёт тем большую часть энергии, чем
легче ядро, с которым он сталкивается.
Для того чтобы это понять, достаточно вспомнить,
что стальной шарик, столкнувшись со значительно более
тяжёлым шариком, отскочит от него, почти не потеряв
энергии. Если же сталкиваются два одинаковых ша¬
рика, то при лобовом ударе движущийся шарик оста¬
новится, а шарик, вначале покоившийся, начнёт дви¬
гаться.
Лучшим замедлителем нейтронов с этой точки зре¬
ния должен быть легчайший элемент — водород. Однако,
водород для наших целей не подходит, потому что ней¬
троны в водороде не только замедляются, но и погло¬
щаются, — нейтрон, соединившись с протоном, может
образовать ядро тяжёлого водорода, т. е. дейтон. По¬
этому нужно брать не водород, а тяжёлый водород и
другие возможно более лёгкие элементы. По практиче¬
ским соображениям лучшими замедлителями нейтронов
являются тяжёлый водород в виде тяжёлой воды и
углерод в виде графита (графит — это чистый углерод;
применяется, например, для изготовления карандашей);
остальные лёгкие элементы более редки и поэтому
58

дороги. Впрочем, тяжёлая вода также дорога, и потому
в Америке в смеси с ураном для замедления нейтронов
используется, главным образом, графит. Для того что¬
бы нейтроны сильно не поглощались графитом, он
должен быть очень чистым.
Итак, смешав природный уран с достаточным коли¬
чеством графита, можно вызвать цепную ядерную реак¬
Рис. 20. Цепная реакция в смеси природного урана с замедлите¬
лем. Осколки деления не показаны.
цию и тем самым высвободить ядерную энергию. При
этом существуют способы замедлять течение цепной
реакции и тем самым избегать взрыва.
Установка, в которой уран смешан с замедлителем,
получила название уранового «котла».
5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛУТОНИЯ
Деление ядер урана
235
92
в природном уране, смешан¬
ном с графитом, приводит, как это ясно из сказанного
выше, к образованию плутония. Замечательно, что плу¬
тоний обладает такими же свойствами, как уран
235
92
,—
ядра плутония делятся даже самыми медленными ней¬
тронами. Поэтому и из плутония можно сделать бомбу.
Использование плутония вместо урана
235
92
очень
важно потому, что плутоний — химический элемент
с зарядом 94 и, следовательно, его можно отделить от
урана химическим путём. Последнее же, как мы знаем,
гораздо проще, чем разделять изотопы.

Таким образом, используя смесь урана с графитом,
удаётся одним выстрелом убить сразу двух зайцев:
высвободить энергию урана
235
92
и получить полный
заменитель этого изотопа урана — плутоний.
6. ЗАПАСЫ ЭНЕРГИИ В УРАНЕ И ТОРИИ
Кроме урана, под влиянием нейтронов делятся
также ядра элементов протактиния (заряд 91) и тория
(заряд 90). Использование протактиния не имеет абсо¬
лютно никакого значения, так как этот элемент очень
редок: во всём мире вряд ли имеется несколько грам¬
мов протактиния. Что касается тория, то он медлен¬
ными нейтронами не делится, и поэтому о его примене¬
нии пока ничего не известно. Всё же, использование
тория, например, в смеси с ураном, отнюдь не исклю¬
чено. По весу уран и торий составляют четыре и две¬
надцать миллионных долей всего веса земной коры.
Углерод же по весу составляет 35 десятитысячных веса
земной коры, т. е. его имеется гораздо больше.
Несмотря на это, если мы даже предположим, что весь
углерод может сгореть и выделить такое же количество
тепла, как лучший уголь, то и в этом случае на Земле
запасы ядерной энергии в уране и тории превосходят
запасы химической энергии в углероде в 10000 раз.
Однако, природный уран добывать значительно труд¬
нее, чем уголь, не говоря уже о получении урана
235
92
и плутония. Поэтому в настоящее время ядерная
энергия ещё, повидимому, намного дороже, чем химиче¬
ская энергия угля и нефти. В первую очередь ядерная
энергия может быть с успехом использована в тех
случаях, когда нужен возможно более лёгкий источник
большого количества энергии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение ядерной энергии является совсем новой
областью науки и техники. Поэтому многое здесь ещё
неизвестно. Фантазировать же на эту тему мы не будем.
Использование ядерной энергии, о котором мы гово¬
рили, основано на применении деления атомных ядер.
60

Других путей высвобождения ядерной энергии мы пока
не знаем. Поэтому колоссальные запасы ядерной энер¬
гии, заключённые во всех элементах, кроме урана и
тория, остаются ещё недоступными. Однако, изучение
атомного ядра и путей использования его энергии
ведётся сейчас так энергично, что, быть может, неда¬
леко то время, когда мы овладеем новыми _ неисчисли¬
мыми запасами ядерной энергии. Вместе с тем, даже
использование ядерной энергии урана имеет огромное
значение и знаменует собой начало подлинной револю¬
ции в науке и технике, начало века ядерной энергии.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . 				3
I.	Атом и его строение	41.	Что такое атом?					4
2.	Размеры и вес атома	..........	5
3.	«Атомы электричества»	 7
4.	Из чего состоят атомы?		 8
5.	Строение атома . . . 			 . . . 		 8
6.	Заряд и вес атомного ядра				 9
7.	Размеры ядра	10II. Радиоактивность	 12
1.	Роль атомного ядра в химии 			12
2.	Открытие радиоактивности		 . , 13
3.	Альфа-частицы . . 			144.	Бета-распад . . . 			 . . 		15
5.	Изотопы	166.	Скорость радиоактивного распада	18Ш. Искусственное расщепление	атомного ядра	19
1.	Обстрел ядра альфа-частицами	192.	Как «увидели» альфа-частицу?	21
3.	Как «увидели» ядерные превращения	24
4.	Искусственные «ядерные пули»	26
5.	Производство «ядерных пуль»	23
IV. Строение ядра	  31
1.	Какие частицы входят в состав ядра?	31
2.	Открытие нейтрона	31
3.	Строение ядра	33
4.	Разделение изотопов	35
5.	Механизм ядерных превращений	36
62

V.	Ядерная энергия	*	37
1.	Ядерные	силы	37
2.	Энергия	связи	38
3.	Как измеряют энергию связи?	38
4.	Запасы ядерной энергии	40
5.	Коэффициент полезного действия 	ядерных	 реакций ...	44
6.	Цепная реакция	45
7.	Нептуний и плутоний 		46
8.	Деление	ядра урана	43
VI.	Использование энергии атомного ядра	52
1.	Изотопы урана и их деление 		52
2.	Простейший способ использования	ядерной	энергии	.	.	53
3.	Атомная бомба	54
4.	Урановый «котёл» 		57
5.	Использование плутония	59
6.	Запасы энергии в уране и тории	60
Заключение			60

ОПЕЧАТКА
Стра¬
ница
Стро¬
ка
Напе¬
чатано
Должно
быть
По чьей
вине
44
4 св.
6
6 000
Авт.

Цена 1 руб. 20 коп.
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ
БИБЛИОТЕКА
= ГОСТЕХИЗДАТА =
1.	Проф. И. Ф. ПОЛАК, Как устроена
вселенная.
2.	Проф. Б. А. ВОРОНЦОВ-ВЕЛЬЯ¬
МИНОВ, Происхождение небес¬
ных тел.
3.	Проф. М. Ф. СУББОТИН, Проис¬
хождение и возраст Земли.
4.	Проф. А. И. ЛЕБЕДИНСКИЙ,
В мире звезд.
5.	Чл.-корр. А. А. МИХАЙЛОВ, Сол¬
нечные и лунные затмения.
6.	Проф. В. Г. БОГОРОВ, Подводный
мир.
7.	А. А. МАЛИНОВСКИЙ, Строение
и жизнь человеческого тела.
8.	Проф. В. В. ЕФИМОВ, Сон и сно¬
видения.
9.	Проф. И. С. СТЕКОЛЬНИКОВ,
Молния и гром.
10.	Акад. В. А. ОБРУЧЕВ, Происхож¬
дение гор и материков.
И другие.