Читаем Атомная проблема онлайн бесплатно

Брошюра «Атомная проблема», вышедшая в 1956 году во Франции, написана профессором Национальной школы гражданской обороны Ф. Рэном в качестве учебного пособия для слушателей школы. Она состоит из двух частей: первая часть посвящена вопросам использования ядерной энергии для военных целей, а во второй разбираются различные аспекты мирного применения этой энергии и экономические и социальные последствия ее открытия.

В первой части брошюры автор приводит некоторые элементарные сведения из ядерной физики, рассказывает об устройстве ядерного оружия и его поражающих факторах, а также касается вопросов противоатомной защиты. Поскольку во Франции испытания атомного оружия не производились, для написания этой главы были использованы, по-видимому, открытые материалы, опубликованные в иностранной, и прежде всего в американской, печати. Следует отметить, что автор, не являясь специалистом-атомником, подчас излагает материал без должной научной строгости. Так, он пишет, что «механическое действие взрыва, или действие ударной волны, пропорционально корню кубическому из мощности бомбы», хотя следовало бы говорить о том, что расстояния, на которых отмечается одно и то же избыточное давление во фронте ударной волны, относятся как корни кубические из тротиловых эквивалентов атомных зарядов. Вряд ли можно согласиться и с таким утверждением автора, что «бомбы мощностью в 2000–3000 номинальных бомб представляют собой предел, так как ударная волна может в конце концов стать своеобразным препятствием, каким является забойка в шпуре, и основное действие взрыва будет проявляться только в верхних, более разреженных слоях атмосферы».

Раздел, где освещаются достижения различных стран в области ядерного оружия, изложен в брошюре необъективно и тенденциозно. Ф. Рэн черпает сведения об СССР из реакционной буржуазной прессы, и не удивительно, что целый ряд его заявлений не имеет ничего общего с действительностью (в ним относятся, например, заявления о месте и результатах испытаний Советским Союзом ядерного оружия, о последствиях этих испытаний для Японии и др.). Особо следует отметить такой факт: с целью доказать отставание СССР от США в области ядерного оружия Ф. Рэн пишет, что США будто бы взорвали водородную бомбу 1 ноября 1952 года, а СССР — только в августе 1953 года. Но ведь каждому ясно, что взорванное американцами опытное устройство, представляющее собой куб с ребром 6–7 м и весом 65 т, нельзя назвать бомбой. Следовательно, скорее можно говорить об опережении Советским Союзом США, чем о его отставании. А последующие события — такие, как пуск первой в мире атомной электростанции, успешное испытание межконтинентальной баллистической ракеты, запуск двух искусственных спутников земли и спуск на воду атомного ледокола, — наглядно доказали несостоятельность мнения о научно-техническом отставании СССР.

Во второй части брошюры, как уже говорилось, рассматриваются преимущественно социально-экономические вопросы, связанные с мирным использованием атомной энергии. Здесь содержатся интересные сведения об энергетических потребностях и расходе энергии в масштабе Франции и всего мира, о росте народонаселения и т. д. Однако автор излагает все эти вопросы с неомальтузианской точки зрения. По его мнению, рост населения земного шара неизбежно ведет к обнищанию, голоду и периодическим войнам с массовым уничтожением людей. При этом он умышленно не отделяет социалистические страны от капиталистических, так как это сразу опровергло бы его взгляды: известно, что в странах социализма рост производства идет быстрее, чем рост народонаселения, и жизненный уровень населения неуклонно повышается. Таким образом, изменения социального строя общества как самого верного пути к улучшению условий жизни народов капиталистических стран Рэн не видит. Он говорит лишь о том, что атомная энергия будет способствовать повышению экономического потенциала не только развитых, но и отсталых стран и содействовать процветанию народов, но это заявление тонет в общем потоке мальтузианских идей.

Специальный раздел брошюры посвящен энергоресурсам Франции и состоянию французской атомной промышленности. Из приведенных здесь материалов складывается впечатление о сильном техническом отставании этой страны в области атомной энергии и ее полной зависимости от иностранного капитала. Однако небезынтересно отметить, что, по сообщениям пространной печати (например, итальянской газеты «Пополо» от 8 ноября 1957 года), Франция, желая поддержать свой престиж, подорванный событиями в Тунисе, Марокко и Алжире, готовится произвести испытания ядерного оружия.

Автор, безусловно, отлично понимает, какими бедствиями грозит человечеству атомная война. Тем не менее он не решается поставить вопрос о запрещении ядерного оружия как средства массового уничтожения людей — вместо этого он пишет о необходимости пересмотра взглядов на формы и способы ведения войны с учетом новых условий и требует усиления обороны.

В этой связи нельзя не отметить, что в своей брошюре Ф. Рэн попросту обходит проблемы борьбы за мир и за запрещение ядерного оружия и ничего не говорит об усилиях СССР в этой области.

Советский Союз всегда стоял на позициях мира, последовательно выступал за запрещение ядерного оружия, сокращение вооруженных сил и разрядку международной напряженности и делами подкреплял свои мирные предложения. Так, 31 марта 1958 года Верховный Совет СССР принял решение об одностороннем прекращении испытаний ядерного оружия. Этот высокогуманный акт по достоинству оценен всем прогрессивным человечеством.

Но поскольку капиталистические страны продолжают гонку вооружений и ведут подготовку к войне, мы вынуждены крепить оборону нашей Родины. Надо согласиться с автором, что население должно знать, какой опасности оно подвергается при атомном взрыве, и уметь защититься от его поражающих факторов.

Несмотря на указанные недостатки брошюры, издательство считает, что советскому читателю будет полезно ознакомиться с этой работой, содержащей целый ряд интересных сведений. Она поможет получить некоторое представление о существующих на Западе взглядах на проблемы, возникшие в связи с открытием атомной энергии, а также на перспективы ее использования. Безусловно, к высказываниям автора, особенно по социально-экономическим и политическим вопросам, следует относиться в высшей степени критически.

В этой главе мы напомним некоторые элементарные сведения о строении вещества, необходимые для понимания принципа действия ядерных бомб.

В отличие от химических соединений, которых в природе существует очень много (3,5 тыс. соединений из общего количества 300 тыс., известных нам на сегодняшний день), количество простых веществ, или элементов, в природе ограниченно. Последние принято классифицировать по их атомному весу, который при обозначении элемента стоит обычно рядом с его символом. Наиболее известной классификацией элементов является периодическая система элементов Менделеева, где за основу принят кислород, обозначаемый латинской буквой О, с атомным весом 16. Атом кислорода по этой системе обозначается О₁₆. В таблице Менделеева в клетке № 1 стоит самый легкий элемент — водород, а в клетке № 92 — уран.

В 1869 году, когда Менделеев предложил свою классификацию, было известно всего 63 элемента. Менделеев утверждал, что большинство принятых в то время атомных весов были неверными и что всего в природе должно существовать 92 элемента. И действительно, в 1871 году Лекок де Буабодран открыл галлий (№ 31), в 1879 году Нильсон выделил скандий (№ 21), а в 1887 году Винклер открыл германий (№ 32). В дальнейшем открытие новых элементов пошло более быстрыми темпами, и в 1939 году все пустые клетки таблицы Менделеева были заполнены, за исключением клеток под номерами 41, 63, 85 и 87.

К началу 1956 года был известен 101 элемент. Элемент № 100 — фермий — впервые был получен искусственным путем в конце 1953 года, а в конце 1954 года ученым удалось обнаружить 17 атомов 101-го элемента периодической системы Менделеева. В настоящее время говорят уже о существовании 108 элементов, причем элементы от № 102 до № 105 являются довольно устойчивыми, и их можно обнаружить обычным химическим путем, а три последних элемента неустойчивы, и для их исследования приходится прибегать к помощи ядерной химии.

В каждой клетке периодической системы Менделеева могут стоять несколько разновидностей одного и того же элемента, называемых изотопами. Так, в клетке № 1, кроме обычного (легкого) водорода, можно обнаружить еще два его изотопа: дейтерий и тритий, а в клетке № 92 находятся 11 изотопов урана.

Каждый элемент обозначается определенным символом, например, кислород — О, водород — Н, уран — U. У этого символа в виде индексов указываются:

а) атомный номер, обозначаемый буквой Z. Атомный номер соответствует номеру клетки, которую занимает данный элемент в таблице Менделеева. Например, водород имеет атомный номер 1, гелий — 2, литий — 3, кислород — 8, уран — 92, плутоний — 94;

б) массовое число А, представляющее собой округленный до целых единиц атомный вес того или иного элемента. Так, массовое число водорода будет равно 1, а урана — 238.

Поэтому в ядерной физике каждый элемент обозначается следующим образом: zX^A.

В ядерной физике встречается также понятие грамм-атома. Грамм-атом какого-либо элемента — это число граммов этого элемента, соответствующее его атомному весу. Таким образом, 1 грамм-атом водорода равен 1,008 г, а 1 грамм-атом урана — 238,07 г. Необходимо отметить, что в грамм-атоме любого элемента содержится всегда одно и то же количество атомов. Это количество, называемое числом Авогадро, равно примерно 6 ^.10²³ (то есть 6 с 23 нулями).

Теперь необходимо хотя бы коротко остановиться на строении атома.

Каждое химическое вещество состоит из однородных частиц, называемых молекулами. Если разложить молекулу на более элементарные составные части, мы получим атомы.

Атом принято схематически изображать в виде ядра с вращающимися вокруг него электронами. Ядро состоит из двух видов элементарных частиц (нуклонов): протонов, несущих положительный электрический заряд, и нейтронов, не имеющих никакого электрического заряда. Вокруг ядра вращается целый рой отрицательно заряженных электронов, расположенных в несколько слоев.

Количество протонов, содержащихся в ядре того или иного элемента, равно атомному номеру Z этого элемента. Например, в ядре водорода и его изотопов содержится всего один протон, а в ядре урана — 92 протона. Поэтому водород имеет атомный номер 1, а уран — 92.

Атом электрически нейтрален. Поскольку величина электрического заряда протона равна величине заряда электрона, который называется элементарным зарядом, можно сделать вывод, что число протонов в ядре равно числу электронов, вращающихся вокруг ядра. Следовательно, атомный номер элемента дает возможность судить как о количестве протонов, так и о количестве электронов, содержащихся в атоме этого элемента.

Массовое число А соответствует количеству нуклонов или общему числу протонов и нейтронов в ядре того или иного элемента.

В ядре легкого водорода содержится всего один протон, вокруг которого вращается один электрон. В ядре дейтерия, кроме протона, имеется 1 нейтрон, что в сумме составляет 2 частицы, а в ядре трития — 2 нейтрона, то есть всего 3 частицы. Поэтому мы обозначаем эти изотопы так: легкий водород — iH¹, дейтерий — iH², тритий — iH³.

Из 11 изотопов урана 3 изотопа (с атомным весом 234, 235 и 238) являются естественными.

Содержание урана 235 в природном уране составляет ¹/140, а урана 238 — ¹³⁹/140. Это означает, что на каждые 140 ядер природного урана приходится всего одно ядро урана 235, а остальную массу его составляет уран 238. Что касается урана 234, то в природном уране можно обнаружить лишь его следы.

В ядре урана 235 насчитывается 235 нуклонов. Поскольку число протонов в ядре урана равно 92, простым вычитанием можно определить количество нейтронов, которое в ядре урана 235 будет равно 143. Уран 238 отличается от урана 235 тем, что в его ядре на 3 нейтрона больше. Эти 3 естественных изотопа урана можно обозначить следующим образом: 92U²³⁴, 92U²³⁵, 92U²³⁸.

Плутоний, который в таблице Менделеева стоит в 94-й клетке, имеет массовое число 239. Это означает, что ядро плутония содержит 94 протона и 145 нейтронов.

Следовательно, количество нейтронов любого элемента равно разности А — Z.

Число нейтронов в ядрах легких элементов, как правило, примерно равно числу протонов. Что касается тяжелых элементов, то в их ядрах нейтронов больше, чем протонов.

Радиус атома выражается числом порядка 10^-8 см, что соответствует десяти тысячным микрона (микрон равен тысячной доле миллиметра), радиус ядра равен примерно 10^-13 см, или одной миллиардной доле микрона. Иными словами, атом в 100 тыс. раз больше его ядра. Из этих цифр можно сделать вывод, что между ядром и электронной оболочкой ничего нет — «вещество заполнено пустотой»[1].

Необходимо сделать еще одно важное замечание: почти вся масса атома сосредоточена в ядре. Чтобы проиллюстрировать необычайную плотность ядра, скажем, что 1 см³ ядер урана весит более 100 млн. т!

Конечно, представить себе такую громадную плотность очень трудно.

Схема атома, которую мы дали выше, очень упрощена. На самом же деле, кроме тех частиц, о которых мы уже говорили, существуют еще положительно заряженные электроны, называемые позитронами, а также отрицательно заряженные протоны, или антипротоны. Сейчас ученые говорят даже об антинейтронах. Действительно, в некоторых случаях протоны передают свой заряд нейтронам. Следовательно, эти две частицы могут в определенных условиях превращаться из одной в другую. Кроме того, они связаны между собой особыми силами, носящими название ядерных сил, природа которых мало изучена. Не подлежит сомнению, что все эти понятия со временем будут уточнены и, может быть, ученым удастся обнаружить новые частицы, более элементарные, чем известные нам сегодня.

Все так называемые «классические» свойства элементов (химические, электрические, магнитные) обусловливаются числом электронов и структурой электронной оболочки. Лишь явления радиоактивности и превращения элементов связаны с изменениями внутри ядра. Электроны должны рассматриваться одновременно и как материальные частицы, и как волны; эта их двойственная природа легла в основу квантовой механики, принципы которой были сформулированы в 1924 году Луи де Бройлем.