Сибирские огни, 1955, № 5

(уран-238) имеет 238 частиц, из них 92 — протоны и 146 — нейтроны. Поскольку ядро атома состоит из про­ тонов и нейтронов, то его нельзя рас­ сматривать как сплошной твёрдый ша­ рик. По своей структуре ядро больше напоминает каплю жидкости. Известно, что в состав капли обычной жидкости входят молекулы. Отдельные быстрые молекулы могут вылетать из капли (испаряться) и, наоборот, свобод­ ные молекулы жидкости могут влетать в неё (конденсироваться). В состав «ядерной капли» входят протоны и нейтроны. Отдельные прото­ ны или нейтроны (или даже их соедине­ ния —• альфа-частицы) могут покидать ядро («испаряться») и, наоборот, могут влетать в ядро («конденсироваться»). Но ядерная капля в отличие от обыч­ ной капли является более устойчивой. Своеобразным исключением являются лишь ядра некоторых тяжёлых элемен­ тов. Они неустойчивы, и из них самопро­ извольно могут «испаряться» отдельные частицы (главным образом альфа-части­ цы). Этим и объясняется естественная радиоактивность радия, урана и др. Протонно-нейтронная теория строения атомного ядра не только объяснила ра­ диоактивный распад, но и указала пути для искусственных ядерных превраще­ ний. Легко догадаться, что для получе­ ния искусственных ядерных превраще­ ний необходимо обстрелять ядра атомов данного элемента протонами, нейтрона­ ми или альфа-частицами. При такой бомбардировке столкнувшаяся с ядром частица может попасть внутрь ядра ато­ ма. В результате попадания нарушится устойчивое состояние «ядерной капли», и через некоторое время одна из её ча­ стиц покидает ядро («испаряется»), а ядро снова переходит в устойчивое со­ стояние. Это будет ядро нового элемен­ та, если вылетевшая частица отличается от влетевшей. Так был открыт путь для искусствен­ ных ядерных превращений и найдено средство, которое может их вызвать, — нейтрон. Трудность, однако, состояла в том, что нейтроны почти не встречаются в свободном состоянии. Следовательно, надо было найти их мощный источник. В 1939 году при бомбар- Я д е р н о е дировке лёгкого изото- г о р е н и е па урана (уран-235) ней­ тронами был обнаружен совершенно новый вид ядерного превра­ щения. Картина новой реакции имела следующий вид. Нейтрон, столкнувшись с каким-либо ядром атома урана, про­ никает внутрь его. Образуется новое не­ устойчивое ядро. Избыток энергии, вно­ симый нейтроном, вызывает пульсацию ядерной капли. В результате сначала по­ является перемычка между двумя частя­ ми ядра, а затем происходит деление ядра на две приблизительно равные ча­ сти — осколки, разлетающиеся с огром­ ной скоростью, в 20000 раз превышаю­ щей скорость винтовочной пули. Кроме того, выделяются два или три нейтрона. Ядерные осколки, представляющие собой ядра двух новых химических элементов, неустойчивы, так как содержат ещё по нескольку лишних нейтронов и поэтому являются сильно радиоактивными. Итак, в результате деления одного ядра урана освобождаются 2 —3 нейтро­ на. А что произойдёт, если деление ядра произошло внутри куска урана? Очевид­ но, появившиеся 2 —3 нейтрона могут попасть в новые ядра урана и вызывать их деление и освободить 4 —9 новых сво­ бодных нейтрона. Последние, в свою очередь, попадая в ядра урана, произве­ дут их деление и освободят 8—27 ней­ тронов и т. д. Подобный процесс ведёт к лавинообразному нарастанию актов де­ ления ядер, то есть к цепной реакции. Но всегда ли происходит подобная цепная реакция? Оказывается, что нет. Необходим кусок урана достаточно боль­ шого размера. Если кусок урана малень­ кий, то освободившиеся нейтроны могут вылететь в окружающее пространство, не столкнувшись с ядром урана и не вы­ звав реакции деления. Минимальное ко­ личество урана, необходимое для возник­ новения цепной реакции, называется критической массой и равно, примерно, одному килограмму. Цепной процесс ядерного деления в куске урана-235 внешне очень похож на цепную реакцию обычного горения. В самом деле, при обычном горении в результате столкновения молекулы кислорода с атомом углерода образуется более сложная молекула углекислого газа, летящая с большой скоростью. Она передаёт свою энергию окружаю­ щим молекулам кислорода, которые, в свою очередь, могут вызывать новые акты образования молекул углекислого газа. При реакции ядерного деления случайный свободный нейтрон (они всег­ да имеются, правда, в незначительном количестве), столкнувшись с ядром ура­ на, образует новое ядро, которое в ре­ зультате внутренних процессов распа­ дается на два осколка с освобождением 2 —3 нейтронов, способных, в свою оче­ редь, вызвать новые акты деления. Вследствие большого сходства процес­ са ядерного деления с процессом обычно­ го горения реакцию деления ядер ура­ на-235 называют ядерным горением. Но ядерное горение имеет и большое отличие от обычного горения. В процес­ се обычного горения происходит пере­ стройка только внешних оболочек ато­ мов, а при реакции ядерного деления мы наблюдаем коренное изменение структу­ ры атомного ядра. Поэтому при обычном горении выделяется сравнительно не­ большое количество энергии, запасённой во внешней оболочке атома, а при ядер­