Ядерные реакции.

Ядерные реакции. В средние века алхимики пытались превращать одни вещества в другие. Больше всего их ин­тересовало искусственное получение золота, сулившее несметные богатства. Сейчас нам понятна бесплодность таких попыток. Даже в наше время химик, обладающий несравненно большими знаниями и опытом, в прекрасно оборудованной лаборатории с помощью какого-либо хи­мического процесса не может превратить атомы одного элемента в атомы другого.

Но в начале XX века мечту алхимиков осуществили физики. Они сумели превратить одни элементы в другие.

Впервые превращение одного элемента в другой было выполнено Резерфордом в 1919 году.

Еще значительно раньше физики научились регистри­ровать отдельные альфа-частицы, получаемые при радио­активном распаде, на экране, покрытом сернистым цинком.

Посмотрите внимательно в темноте на светящийся ци­ферблат ваших часов. Если вы поднесете его ближе к глазам или воспользуетесь увеличительной линзой, то уви­дите, что свечение циферблата перестанет быть ровным. То в одном, то в другом месте циферблата будут возни­кать быстрогаснущие отдельные вспышки. Эти вспышки появляются неожиданно и через самые различные проме­жутки времени. Состав, покрывающий стрелки и цифры на часах, обычно состоит из сернистого цинка, к которому примешано небольшое количество радиоактивного препа­рата. Отдельные вспышки, или, как их обычно называют, сцинтилляции, обусловлены взаимодействием излучаемых препаратом альфа-частиц с сернистым цинком.

Этим явлением сцинтилляции и воспользовался Ре­зерфорд в своих исследованиях. Он поместил радиоактив­ный препарат (рис. 6) A в сосуде, наполненном газом, в

clip_image002

Рис. 6. Схема опытов Резерфорда. Достигнуть экрана и произ­вести сцинтилляцию могут только протоны, выбитые альфа-ча­стицей из ядра азота

таком месте, что альфа-частицы не могли достигнуть стенки сосуда, где был расположен экран В. Достаточно толстый слой исследуемого газа поглощал все альфа- частицы, и вспышек на экране не появлялось.

Однако при наполнении сосуда азотом на экране по­явились сцинтилляции. Это не могли быть альфа-частицы.

При наполнении сосуда кислородом или углекислотой вспышки на экране исчезали. Совершенно ясно, что ча­стицы, вызывающие сцинтилляции, могли быть получены только в результате взаимодействия (реакции) альфа-ча­стиц и атомов азота.

Тщательные исследования показали, что в азоте дей­ствительно имела место ядерная реакция, которую можно записать так:

clip_image004

(Здесь цифры справа над названием элемента обозначают число частиц (протонов и нейтронов) в ядре. Сумма этих чисел в правой части формулы должна быть равна сумме чисел в левой части формулы.)

Легкие частицы слабее поглощаются газом. Поэтому частицы, пробегающие путь почти в 30 сантиметров от радиоактивного препарата до экрана, могли быть только ядрами водорода — протонами.

Таким образом, было установлено, что при бомбарди­ровке ядер азота альфа-частицами последние как бы за­стревают в ядрах. Но взамен альфа-частицы из ядра вылетает протон. Получающееся при этом новое ядро является ядром изотопа кислорода с массовым числом 17.

Интересно подсчитать уже известным нам методом, каков баланс энергии в этой реакции. Написав сумму масс ядер до реакции в левой части формулы и сумму масс ядер после реакции в правой части (14,0075 + 4,0040->17,0045 + 1,0081, или 18,0115-> 18,0126), видим, что сумма масс частиц до реакции меньше суммы масс, полу­чившихся после реакции частиц, на 0,0011, то есть в этой реакции энергия не выделяется, а поглощается. В данном случае превращение элементов идет за счет энергии альфа-частиц, выбрасываемых ядрами радиоактивного препарата.

Таким образом, мы выяснили, что не при всякой ядер­ной реакции выделяется энергия. Так же как и в некото­рых химических реакциях, значительное число ядерных превращений требует расхода энергии.