Файл: Пучеров, Н. Н. Покоренная радиация.pdf

Научно-популярная литература

Н. Н. ПУЧЕРОВ

ПОКОРЕННАЯ

РАДИАЦИЯ

Издательство «Наукова думка» Киев — 1970

ТП90 530.4.

Т

Ь - т п о ^

Скаждым годом радиоактивные изотопы все шире применяются

внародном хозяйстве. Автор брошюры рассказывает о способах

регистрации ядерных излучений, методах работы с радиоактивными изотопами, знакомит читателя со строением атомных ядер и основны­ ми свойствами радиоактивных излучений.

Рассчитана на широкие круги читателей.

2—3—7 369—70М

От автора

Атом сам по себе не добрый и не злой. Все зависит от того, в чьих руках он находится, каким целям служит. Знание об атоме можно употребить с пользой для человечества или с большим злом.

Проникая в тайны вещества, ученые стремились не только удо­ влетворить свое ненасытное любопытство, но и сделать человека могущественнее в борьбе с природой. Радиоактивные излучения помо­ гают человеку почти во всех сферах его многосторонней деятельности.

Атом может быть великим тружеником. Откройте газету или книгу, послушайте радио— и без большого труда найдете примеры того, как атомные невидимки трудятся на фабриках и заводах, на полях и в лабораториях, на электростанциях и морских судах. Мир­ ный, добрый и могучий атом входит в наши будни. Готовы ли мы принять все то ценное, что может принести он людям?

Автору как-то пришлось читать лекцию старшеклассникам сред­ ней школы, и оказалось, что их знания о радиоактивности весьма ограничены. Конечно, не каждый из них станет физиком, однако каждый современный человек должен обладать минимумом знаний по физике.

В наши дни даже школьник младших классов понимает суть раз­ ницы между батарейкой карманного фонаря, штепсельной розеткой и трансформаторной подстанцией. Человек со средним образованием хорошо знает, что такое вольт, ампер и многое другое, однако пуга­ ется подчас слова «радиоактивность», хотя и носит на руке часы, в которых свечение цифр вызвано радиоактивностью некоторых веществ.

Наш век недаром зовут атомным. Атом все больше входит в нашу повседневную жизнь. Поэтому конкретные знания об атомных явлениях хотя бы в объеме знаний, какими владеет каждый по во­ просам радио или электроники, необходимы человеку наших дней, ибо радиоактивные приборы в дальнейшем будут находить все большее применение.

3

Атомное ядро

Все, что окружает нас, состоит из мельчайших части­ чек. Возьмем, например, воду. Некоторое количество во­ ды можно делить на все более мелкие части, вплоть до наименьших частиц воды — молекул. Если поделить мо­ лекулу, получим атомы. В частности, молекула воды име­ ет два атома водорода и один атом кислорода — ее хи­ мическая формула НгО.

Всего в природе насчитывают почти сотню разных атомов, из них и состоят вещества, то есть все, что есть в природе. В свою очередь атомы представляют собой сложные системы. В центре атома находится ядро, во­ круг него вращаются электроны, которые заполняют так называемые электронные оболочки. Каждая такая обо­ лочка имеет определенное количество электронов.

Размеры атомов и их ядер весьма невелики. Диаметр атома около 10~8 см, атомного ядра в 100 000 раз мень­ ше — 10~13 см. Если представить, что атомное ядро имеет размер булавочной головки (около 1 мм в диаметре),тог­ да электроны, входящие в состав атома, будут вращаться вокруг ядра на расстоянии 100 м, а человек при таком масштабе будет иметь рост, равный расстоянию от цент­ ра Солнца до планеты Сатурн или даже больше (прибли­ зительно 1,6 млрд. км). Вот почему рисунок атома — это схема, а не увеличенное его изображение.

Очень часто атомное ядро пытаются сравнить с сол­ нечной системой. Что у них общего? Только схема — центральное тело, вокруг которого вращаются объекты с меньшей массой. Если бы ядро имело величину Солнца, то электроны находились бы от него на расстоянии в 10 раз большем, чем наиболее удаленная планета Плу­

5

тон. Однако дело не только в масштабах и в несоответ­ ствии расстояний. Основное различие состоит в физиче­ ских законах, которыми управляются эти системы. Дви­ жение планет солнечной системы подчиняется закону всемирного тяготения классической механики, а физику микромира определяет квантовая механика, которая су­ щественным образом отличается от механики классиче­ ской. Но об этом речь дальше.

Атомы чрезвычайно малы, однако даже в сравнитель­ но незначительном объеме вещества их очень много. Ес­ ли, например, атомы 1 г сажи равномерно распределить по всей поверхности земного шара, то на каждом квад­ ратном сантиметре поверхности будет 10 000 атомов.

Основная масса атома сосредоточена в ядре, ядро за­ нимает очень малый объем. Как показали исследования, атомное ядро представляет собой сложную систему. В ядре содержатся тяжелые ядерные частицы — прото­ ны и нейтроны, крепко связанные особыми, присущими лишь ядерным частицам, силами. Эти силы по своему ха­ рактеру отличаются от сил как гравитационных, так и электрических.

Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу (масса нейтрона немного больше). Каждая из этих ча­ стиц приблизительно в 1800 раз тяжелее электрона.

Протоны и нейтроны существенно отличаются также электрическим зарядом. Нейтрон не имеет заряда, а про­ тон несет положительный электрический заряд, по вели­ чине равный электрическому заряду электрона. Масса ядра, в состав которого входят лишь протоны и нейтро­ ны, пропорциональна их общему количеству. Заряд яд­ ра определяется количеством протонов.

Атом в целом в электрическом отношении нейтрален, поскольку заряд электронной оболочки и заряд ядра рав­ ны по величине и противоположны по знаку.

6

Каждое ядро принято обозначать символом химиче­ ского элемента периодической системы Менделеева. Вы­ ше символа элемента справа записывается массовое чис­ ло, а ниже слева — заряд ядра.

Например:

1Н1 — ядро атома водорода, в него входит один про­ тон и один нейтрон;

80 16 — ядро атома кислорода — 8 протонов и 8 ней­ тронов;

92и 238 — ядро атома урана — 92 протона и 146 нейтро­ нов.

Заряд ядра определяет место данного атома в перио­ дической системе элементов. Первым в периодической системе стоит водород, заряд которого равен 1, далее — гелий (заряд 2), литий (заряд 3), бериллий (заряд 4) и т. д.

Самый тяжелый элемент, который встречается в при­ роде — уран (заряд 92). В последнее время искусствен­ ным путем синтезированы более тяжелые элементы — с зарядом до 105. Химические свойства элементов опреде­ ляются строением их электронной оболочки, а количество электронов — количеством протонов в ядре. Поэтому атомы с одинаковым количеством протонов химически тождественны.

У каждого химического элемента есть атомы (при­ родные или искусственно созданные), которые отличают­ ся массой атомного ядра (рис. 1). Разница в массе объясняется тем, что при равном количестве протонов эти ядра имеют разное количество нейтронов. Такие разно­ видности химического элемента с разными атомными ве­ сами называются изотопами.

Например, водород имеет два стойких изотопа: 1Н1 и 1Н2. Заряд ядер этих изотопов одинаковый (1), а нейтро­ нов у второго на один больше. Тяжелый изотоп водорода

7

имеет специальное название— дейтерий и часто обозна­ чается буквой 0 = 1Н2. В обычном водороде содержится 0,02% тяжелого водорода, то есть атомов с ядром вдвое тяжелее относительно легкого изотопа.

В природе химические элементы встречаются в виде смеси изотопов. Количество изотопов и процентное соот-

Рис. 1. Часть периодической системы Менделеева. Указаны стабильные изотопы химических элементов и их процентное содержание в естественной смеси изотопов.

ношение их могут быть разными. Так, олово имеет - 10 стабильных изотопов. Есть элементы лишь с одним стабильным изотопом, например алюминий 13А127.

Нужно отличать массовое число и действительную массу ядра. В ядерной физике массу всех ядер принято выражать в особых единицах — атомных единицах мас­

8 в

сы (АЕМ). Одна АЕМ равна Vie массы нейтрального атома одного из изотопов кислорода, а именно: gO16. Ок­ ругленные до наиболее близких целых чисел значения массы в АЕМ равны числу А. Масса ядра не равна точно сумме масс протонов и нейтронов, она несколько меньше

ее.

Современная физика показывает, что изменению массы любой системы соответствует изменение энергии данной системы, поскольку масса и энергия системы свя­ заны уравнением Эйнштейна:

£= М-са.

Вэтой формуле Е — энергия в эргах {эрг), М — мас­ са в граммах (г), с= 3 • 1010 см/сек — скорость распро­ странения света в пустоте. Так, массе 1 г соответствует

которую необходимо затратить, чтобы разделить атом­ ное ядро на его составные части — протоны и нейтроны. Выше отмечали, что масса ядра немного меньше суммы масс протонов и нейтронов. Это объясняется тем, что при соединении протонов и нейтронов и образовании ядра атома выделилась определенная энергия. В ядерной фи­ зике энергия измеряется электронвольтаМи (эв). Электронвольт — количество энергии, полученной или поте­ рянной частицей с единичным электрическим зарядом (например, электроном, протоном) в электрическом поле

=1 000 000 эв.

Вмире атома действуют квантовые законы. О них

написаны специальные книги. Мы же остановимся толь­

9