* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

701 ЯДРО АТОМНОЕ 702 ставляет с точки зрения этой теории комбина­ цию 2 протонов и 2 нейтронов. Являясь сложным образованием, ядра не­ которых элементов вследствие причин, зави­ сящих от их внутренней структуры, самопроиз­ вольно распадаются с испусканием а- или /3частиц. Д л я объяснения о-распада Гамовым в 1928 г. предложена теория, исходящая из предположения применимости к ядру квантово-механических представлений. По этой теории (применимой также и к случаю искус­ ственного расщепления) ядро атома окружено потенциальным барьером, образованным на­ ложением кулоновских сил отталкивания и неизвестных еще сил притяжения, действие к-рых сильно сказывается на расстояниях, мень­ ших радиуса ядра г , и быстро затухает на расстояниях, больших г. Примерная схема барьера дана на рисун ке. Здесь по оси абсцисс отложены расстояния от центра ядра, по оси /-Ч ординат—значения по¬ п . тенциальной энергии. —н Внутри образованной _JJ потенциальным барье/ го ром ямы на квантованo ных энергетических уровнях находятся вхо­ дящие в состав ядра частицы. Аппарат кван­ товой механики, примененный к подобной модели, дает нек-рую вероятность того, что частица, занимающая уровень Е, вылетит из ядра, хотя ее энергия и ниже высоты барье­ ра. С точки зрения классической физики это было бы невозможным. П р и столкновении а-ча­ стицы с ядром (искусственное расщепление) могут быть следующие случаи: 1) при столкно­ вении ядро возбуждается и вслед за тем пере­ ходит в состояние с меньшой энергией, испуская у-квант; 2) в результате столкновения выбра­ сывается одна из составных частей ядра, при­ чем первоначальное ядро превращается в ядро другого элемента. Ударяющая частица при этом либо остается в ядре либо уходит, унося с со­ бой нек-рый остаток энергии. По теории Гамова вероятности этих процессов могут быть вы­ числены. Сравнение с опытом дает во всех слу­ чаях удовлетворительный результат. Вопрос о природе сил, под действием к-рых ядро, имея в своем составе частицы с зарядом одного знака, сохраняет свою цельность, до наст, времени не решен. Несомненно только, что эти силы весьма значительны и изменяются с расстоянием более быстро, чем по закону Ку­ лона. О грандиозности этих сил можно судить по величине энергии связи ядра, т. е. энергии, выделенной при образовании ядра из его сос­ тавных элементов. На основании того, что по специальной теории относительности масса эквивалентна энергии (Е—те , где В—энергия, ж—масса, с—скорость света), энергия связи ядра может быть получена из дефекта массы (недостаток массы ядра в сравнении с массой тех частиц, из к-рых оно построено). Д л я боль­ шинства ядер дефект массы может быть легко вычислен. Так напр. масса гелиевого ядра (а-частиц) равна 6,598.10"~ г, а масса соста­ вляющих его 4 протонов и 2 электронов равна 4.1,6609.10~ +2.9,035.10 =6,645.10~ г. Де­ фект массы гелия равен т. о. 0,047.10 г, что эквивалентно энергии 4,23.Ю эргов. Эта энергия громадна. Превращение в гелий только 0 0 : г u у 2 24 м _28 24 2 4 -5 1 г водорода освободило бы энергию, равную работе 900 тыс. лошадиных сил Днепрогэса в течение 16 минут. Отсюда ясна практическая ценность изучения атомного ядра и условий его превращения. Современные средства эксперимента (камера Вильсона, счетчики Гейгера-Мюллера и др.) позволяют получить довольно ясное предста­ вление о характере «реакций», происходящих при ядерных превращениях. При этом пред­ полагается выполнение законов сохранения массы и энергии, заряда и количества движе­ ния. Расщепление ядер производится в наст, время разнообразными средствами. Этими сред­ ствами являются а-частицы, у-лучи, ускорен­ ные в электрическом поле протоны и дейтоны (изотоп водорода, имеющий массу, равную 2) и нейтроны. Последние являются особенно под­ ходящими для целей расщепления ядра, т. к., не имея заряда, они не испытывают отталки­ вающего действия ядерного заряда и потому могут легче проникать в ядро. Приведем не­ которые из наиболее интересных ядерных реак­ ций, условившись предварительно ядра обоз­ начать хим. символами соответствующих эле­ ментов, заряды их—цифрами справа внизу и наконец ближайшие к ат. весу целые числа— цифрами, поставленными с правой стороны символа вверху. 1. Расщепление ядра азота а-частицей (опыт Резерфорда, 1919 г . ) : N J + + Не . -* 0 | & + Щ. Смысл этой реакции таков: ядро азота (NJ*) захватывает а-частицу ( Н е ) и испускает при этом протон ( Щ ) . Т . к. сумма зарядов исходных членов составляет 9, а сумма, масс—19 единиц, то после вылета протона остаточное ядро должно иметь заряд 8 и массу 17, т. е. это будет изотоп кислорода О . 2. По­ лучение нейтронов действием а-лучей на ядра бериллия: Ве| + Н е ~* С + n j , где n j — ней­ трон. 3. Расщепление бора дейтонами: В|Ч~ Щ -+ CJ + n j + hv. Кроме нейтрона при этой р е ­ акции испускается у-квант hv. 4. Расщепление лития быстрыми протонами: L i J + Н } - * Н е | + + Не . В этой реакции, осуществленной впер­ вые Кокрофтом и Уолтоном, образуются две а-частицы, причем энергия этих частиц ( = 1 7 , 6 млн. электронвольт) значительно превосходит энергию протона, вызывающего расщепление. Однако вследствие того, что только незначи­ тельная часть протонов оказывается эффектив­ ной для этой реакции, общий баланс энергии остается отрицательным. 4 4 4 17 4 12 2 4 В 1933 г. Кюри и Жолио обнаружили, что при нек-рых из ядерных реакций получаются неустойчивые ядра, распадающиеся с испу­ сканием позитронов,—частиц, незадолго до то­ го (1932 г.) открытых Андерсеном. Позитрон имеет массу электрона и один положительный элементарный заряд. Открытое явление полу­ чило название искусственной радиоактивно­ сти. Наблюдалось оно при бомбардировке а-частицами алюминия, магния и бора. Реак­ ция записывается так: АЩ + Не ->Р?°+п?. 4 Получившееся неустойчивое ядро изотопа фос­ фора распадается по формуле: PfS"*Si?2 + ( + 2), где (+2) обозначает позитрон. Вслед за откры­ тием Кюри-Жолио Ферми обнаружил другой вид искусственной радиоактивности, возбуж­ даемой нейтронами и сопровождающейся вы­ брасыванием из ядра обычных электронов. Открытие искусственной радиоактивности по-