Атом урана — новый источник энергии - Лев Давидович Ландау

Еще в начале XIX века было установлено, что всякое вещество состоит из мельчайших частиц — атомов. Но даже крупнейшие физики того времени плохо представляли, что же такое, собственно, атом? Сравнительно недавно, в 1912 году, английский физик Резерфорд впервые раскрыл строение атома.

Атом представляет собой сложную систему, состоящую из относительно тяжёлого атомного ядра и движущихся вокруг него более лёгких частиц — электронов. Известна величина атома — она примерно равна одной стомиллионной доле сантиметра. Легче всего атом водорода. Чтобы написать число, равное количеству атомов в одном грамме водорода, нужно помножить 6 на 10 в двадцать третьей степени, то есть к цифре 6 приписать 23 нуля. Тяжелее всех атом урана — примерно в 230 раз тяжелее атома водорода.

Электроны — это элементарные частицы, которые дальше разделить нельзя. Ядра имеют сложную структуру. Размеры их приблизительно в 10 тысяч раз меньше величины самого атома. Ядра и электроны можно наблюдать в приборе, который называется камерой Вильсона.

Во всех обычных процессах ядра только перемещаются, никаких внутренних изменений с ними не происходит. Если, однако, два быстро движущихся ядра сталкиваются, то может произойти ядерная реакция — получаются новые ядра, то есть происходит превращение элементов. Например при столкновении ядра атома водорода с ядром атома лития получается два ядра атома гелия.

При ядерных реакциях выделяются энергии, в миллионы раз превышающие энергии, выделяющиеся при обычных химических реакциях, в которых ядра атомов остаются неизменными. Столкновения ядер, однако, осуществить очень трудно. Все ядра электрически заряжены, причём одинаковым по знаку — положительным зарядом. Поэтому они отталкиваются друг от друга, и, чтобы одно ядро проникло в другое, необходимо для преодоления отталкивания придать им очень большую скорость. При движении в материи ядра благодаря своему взаимодействию с электронами быстро замедляются. В результате, в лучшем случае одно из миллиона ускоренных ядер может попасть в другое ядро, остальные, бесплодно растратив свою энергию, останавливаются.

При таких условиях использование громадных запасов внутриядерной энергии считалось невозможным. Положение не изменилось и тогда, когда в 1932 году была открыта новая частица — нейтрон, — входящая в состав атомных ядер и отличающаяся от других тем, что она лишена электрического заряда. Нейтроны получаются в результате некоторых ядерных реакций. Будучи электрически нейтральными, они не отталкиваются от ядер, а свободно проникают в них, вызывая ядерные реакции. Однако в результате этих реакций возникают заряженные частицы, почти неспособные к проникновению в ядра, и реакция останавливается.