Троянский конь цивилизации

На малую экономическую эффективность сжигания угля, нефти и природного газа химики и экономисты уже давно обратили внимание. Ведь пригодное для химической промышленности топливо является очень ценным сырьем! Но лишь современные совместные работы химиков, врачей, энергетиков и других специалистов вскрыли и иные противоречия. Только задумайтесь: постоянно растущая потребность в электричестве заставляет нас расширять сеть тепловых электростанций в три раза более быстрыми темпами, чем увеличивается само человечество! Учитывая высокую концентрацию вредных веществ, образующихся при сжигании природных топлив, мы вынуждены одновременно строить все более дорогое оборудование для защиты здоровья человека и природы.

А ведь к человечеству в дверь стучится не только эта проблема. Специалисты ООН подсчитали, что если мировая потребность в энергии будет и дальше расти такими темпами, как до сих пор, то мы исчерпаем запасы угля через 300, а нефти через неполные 70 лет! Но безрадостные перспективы не обескуражили человека, а заставили задуматься.

В конце прошлого века человечество открыло для себя многие ранее не известные явления природы, в том числе и то, что ядра атомов многих элементов (например, калия, свинца, урана, ртути) распадаются сами по себе. При распаде возникают новые нестабильные ядра, а также определенная радиация. Нестабильные радиоактивные вещества испускают невидимые, но очень активные субатомные частицы — нейтроны, протоны, позитроны и т. д., которые в наэлектризованном пространстве рассеиваются, собираются и даже изменяются. Все это происходит при одновременном высвобождении энергии, которая до сих пор удерживала ядро.

Между ядром и обращающимися вокруг него электронами должно удерживаться электромагнитное равновесие. Поэтому вокруг положительно заряженного ядра водорода вращается один электрон, а 92 протона в ядре урана удерживают 92 электрона. И именно из-за этого количества субатомных частиц в ядре и вокруг него у атома урана мы считаем уран самым тяжелым естественным элементом. Водород же — самый легкий элемент.

Атомы так малы, что выстроенные в ряд 2 млн. самых больших атомов (например, цезия) протянутся менее чем на миллиметр. А если бы мы увеличили атом до размеров пятиэтажного дома, его ядро достигло бы лишь размера горошины.

Элементы с большим числом субатомных частиц в ядре стремятся избавиться от своего притяжения даже ценой превращения в совершенного другой элемент. Уран с атомным весом 238 (то есть с 92 протонами и 136 нейтронами) после 14 изменений превращается в нераспадающийся вариант хорошо известного нам свинца — Pb²⁰⁷

.

Естественный распад радиоактивных веществ характерен тем, что длится от 1/1000 доли секунды до миллиона лет, причем высвобождается определенная энергия Q, которая до этого держала атом и его ядро в равновесии. Если мы расщепим ядро атома урана, то при этом освободится около 200 млн. электронвольт энергии.

В Яхимовских горах, богатых серебром, еще в средние века находили твердую тяжелую породу. Там, где она появлялась, серебро исчезало. Искатели, или добытчики, называли ненавистную руду «неудачницей». Не знали они, что в будущем за нее будут платить не только серебром, но и золотом! «Неудачница» содержит тяжелый элемент уран. А именно в атомах урана «живет» громадное количество крохотных, но очень сильных «муравьев» — нейтронов.

В 1919 г. новозеландец Эрнест Резерфорд бомбардировал двумя протонами и двумя нейтронами ядро атома азота. Он исходил из полученных французским ученым Беккерелем и супругами Кюри данных о естественном распаде и структуре ядра, и поэтому ему с помощью силы в 5 мегаэлектронвольт удалось впервые в истории человечества заставить распадаться радиоактивное вещество.

В течение следующих 20 лет были достигнуты новые успехи. Как из волшебной шкатулки, из ядер атомов урана начали «выпрыгивать» уже не только протоны, но и нейтроны. Их исследование показало, что они не только работящие, но и мудрые «муравьи». И этим «муравьям» человек мог доверить ответственные задачи. Например, не только вызвать расщепление ядер, но и руководить искусственно вызванной реакцией. «Покорив» нейтроны, человек нашел возможность и использовать силу атомного муравейника, и приумножить ее.

Вызванная человеком ядерная реакция обычно ассоциируется со взрывами атомных бомб над Хиросимой и Нагасаки. Атомная бомба действует следующим образом: из природного урана выделяют уран-235 или плутоний-239, способные хорошо расщепляться. Взятые в количестве, превышающем так называемую критическую массу (около 1 кг), эти элементы способны к самопроизвольной цепной реакции деления.