Энергия радиоактивности

Вначале общая энергия, испускаемая радиоактивными веществами, представлялась такой небольшой, что казалось, не стоит тратить на нее время. Общее количество энергии радиоактивного излучения, освобождаемой граммом урана в 1 секунду, казалось незначительной частью энергии, освобождаемой при горении свечи.

Однако через несколько лет выяснилось кое-что еще. Действительно, масса урана лапала очень мало энергии за секунду времени, но она продолжала испускать ее секунда за секундой, день за днем, месяц за месяцем и год за годом без заметных изменений. Освобождаемая ураном энергия за столь длительное время оказывалась поис- тнпе огромной. И наконец, стало ясно, что масса урана, из которой создавалась эта огромная энергия, пусть даже невероятно медленно, на протяжении 45 миллиардов лет (!), уменьшалась за это время всего лишь наполовину.

Если всю энергию, o6pa3yeMyto граммом урана посредством его радиоактивности на протяжении многих миллионов лет, удалось бы собрать, то она оказалась бы намного больше, чем энергия, вызываемая горением свечи массой, равной той, которой обладал уран.

Давайте попробуем подойти к предмету нашего исследования с другой стороны. Тогда мы должны представить, что 1 атом урана разбивается и при этом выстреливается альфа-частица. Мы также подумаем и об 1 атоме углерода, соединяющемся с 2 атомами кислорода, чтобы образовать углекислоту (углекислый газ).

Энергия радиоактивности оказалась в миллионы раз более мощной, чем энергия, выделяющаяся в ходе химических реакций. Разумное человечество оставалось в неведении относительно явления радиоактивности, но было очень хорошо знакомо с химическими реакциями. Для этого имелось несколько причин.

Во-первых, самые общие радиоактивные процессы протекали настолько медленно, что их огромная энергия выделялась в те чение необычайно продолжительного периода времени, так что ее количество, выделяемое в секунду, казалось несущественным для какого-либо практического применения.

Во-вторых, химические реакции легко контролируются посредством изменения количества веществ, их концентрации, температуры, давления, состояния, перемешивания и т. д. За ними легко наблюдать, контролировать их и изучать. Скорость радиоактивных процессов нельзя было изменить. Уже на ранних этапах исследования удалось обнаружить, что распад урана-238, например, не может быть ускорен ни нагреванием, ни повышением давления, ни воздействием каких-либо химических веществ, ни каким-либо образом еще. В любых условиях он продолжает оставаться неправдоподобно медленным.

Но, несмотря на все вышесказанное, радиоактивность, наконец, была обнаружена и интенсивность ее энергии была распознана и отмечена в 1902 году Марией Скло- довской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри (1859-1906).

И все же откуда берется энергия при радиоактивном излучении? Может ли она приходить извне? Могут ли каким-либо образом радиоактивные атомы собирать :шергию из внешней среды, концентрировать ее, «сгустив» в миллион раз, и затем выпускать?

Для того чтобы сконцентрировать энергию подобным образом, необходимо было нарушить то, что принято называть вторым законом термодинамики. Впервые этот закон сформулировал в 1850 году немецкий физик Рудольф Юлиус Эммануил Клаузиус (1822—1888), и он оказался настолько полезным, что физики долго не осмеливались заявить о его несоблюдении, пока им наконец не пришлось это сделать.

Другое предположение было связано с тем, что радиоактивные атомы создавали энергию из ничего.

Им оставалось лишь предположить, что нечто внутри атома было источником энергии, остававшейся неизвестной человеку до тех пор, пока не была открыта радиоактивность. Одним из первых к такому выводу пришел уже упомянутый нами Анри Бек- керель.

Возможно, вначале показалось, что только радиоактивные элементы могли обладать подобным запасом энергии где-то внутри атома, но в 1903 году Резерфорд предположил, что все атомы имели обширный энергетический запас, спрятанный внутри них. Просто атомы урана и тория отдавали эту энергию легче других, что делало их особенными.

Но если внутри атомов существует обширный запас энергии, то можно предположить, что именно здесь таится разгадка происхождения солнечной энергии. Уже в 1899 году американский геолог Томас Чемберлен (1843 — 1928) высказал предположение о существовании связи между радиоактивностью и солнечной энергией.

Он предположил существование на Солнце этого недавно обнаруженного источника энергии (конечно, вовсе не обязательно традиционно радиоактивного, но в миллионы раз более мощного, чем химическая энергия), благодаря которому Солнце выделяет энергию миллионы лет без явных физических изменений, как и уран, практически не меняющийся со временем. Но тогда Солнце новее не сжимается и не должно было заполнять земную орбиту 25 миллионов лет тому назад.

Возможно, нам все это кажется удивительным. Но следует учесть, что в 1900 году структура атома была еще практически не исследована и ученые только предполагали существование этой новой энергии. Никто не имел ни малейшего представления о том, что собой представляет или чем может являться атом, в котором размещается эта энергия. Был повод говорить только о существовании «внутри атома» чего-то, что впоследствии назвали «атомной энергией».

Благодаря устоявшейся традиции даже сегодня говорят о Комиссии по атомной энергии.

Однако электроны существовали только в открытых областях атома. С того времени, когда Резерфорд разработал ядерную теорию строения атома, не осталось сомнений, что и радиоактивность, и солнечная радиация связаны с неизвестными составными частями атома, которые должны быть более массивными и более подвижными, чем легкие электроны. Следовательно, источник этой энергии должен был находиться в атомном ядре, поэтому все, что вовлечено в радиоактивный процесс или что происходит на Солнце, лучше обозначать одним и тем же понятием «ядерная энергия». Это наиболее подходящее название для следующего раздела книги, в котором мы познакомимся с историей исследования атомной энергии, которая стала предметом пристального интереса ученых в самом начале XX века. А менее чем через полстолетия человечество было поставлено перед дилеммой: хорошо это или плохо.

. LKOII ДІІ.ІІ.І'ОІІ

Дж.Дж. Томсон и сноси лаборатории. Справа первые рентгеновские снимки

І.инфаторни Рентгена н университете Вюрцбурга

Антуан Анри ЬС'ККС'РСМІ.

Ганс Гі йгор (urea) it Эрнест Ре:іе|х|>орд в ,Манчестерском университете (примерно 19)0 сод)

Міірим Ск.тдонскпи-Кюри и дне се дочі'ри 1%н;і ((.іти) її ГІрічі

.кіоффож]/ 1(11111 Hllll.ll

ТЇІ/НЇІЕС] (I.)IIOI.'I !;•!І.ХІТ! 1, Дмитрий Менделеев и Ііогуслан Ііраумер її Праге її 1900 году. Ьраупер был профессором химии н Богемском университете н 11 pare Антуан Лоран Лануааье н сіо жена . Ьиуазі.е и своей лаборатории во время исследований воздуха ( рисунка, сделанною мадам Лавуазі>е

Комната, в которой Кюри открыли радий. На заднем плане доска с рабочими записями Кюри

А.їі/к'рт Мліікслі.соїі

11 ни'ретателп мерных ускорителей .')рпсст ТС. Уолтон (с.»чт) .і , їло» Д. Кокрофт (трапа) с лордом Ре.іерфордом (н ц/'итрг) ?і Імморнлжском университете и нач;ілс 19.І0-Х голов

Нольфіаїн- Паули, читающий лекцию и Копенгагене (апрелі. І!Ш іода)

Триест О. Лоуренс держит и руках моделі. мерного циклотрона (снимок 19.40 года)