Епоха Атомной Енергии

В августі 1945 р. американскы летчикы скинули на японске місто Гирошима атомну бомбу. То был первый случай выкорыстания человіком огромных сил, скрытых в атомных ядрах материи. Тот день останеся важном датом в людской истории. Выкорыстание атомной енергии для практичных потребностей человіка открыват нову епоху в його истории.

Колиси в давных часах первобытный человік овладіл огньом. Коли и як то сталося, никто не знає, но владінье огньом подняло от разу на высшу ступень первобытного человіка, котрого жизнь перед тым не дуже отличалась от житья дикой звірины. И долго первобытны люди виділи в огню божественну силу. В одной старогреческой легенді говорилось, што на початках огонь мали лем богы на небі, а человік на землі жил без огня, но потом титан Прометей украл тот секрет богам и дал його людям. Богы страшно розгнівалися, бо по вірованиям старых греков, жители неба стерегли свои секретны вынаходы перед человіком ище острійше, як ныні американскы генералы стережут секрет атомной бомбы перед остальными державами. За тото преступление головный бог на небі Зевс приковал титана Прометея ланцухом до скалы на Кавказі, где огромный орел клювал його печінкы долгы столітия, аж доки герой Геркулес не освободил несчастного титана от тых страшных мук. А титаны старых греческых легенд, то были великаны, сверхчеловікы, якы в один час хотіли самих богов скинути с неба. Десять літ они вели войну с богами, ю наконец были побіждены. Богы привалили их великыми скалами и горами, штобы николи больше не могли поднятися. Але же титаны так несмертельны, як и богы, то они часами ище рушаются, и от того земля трясеся. Титаны относились дуже добре к звычайным смертным людям на землі и хотіли им помочи. Тым греческа легенда объясняла и поступок Прометея, котрый выкрал с неба огонь для людей.

Учены предсказуют, што выкорыстание атомной енергии внесе подобный переворот в жизнь теперішных людей, як и выкорыстание огня внесло в жизнь первобытного человіка.

Существование атомной енергии стало извістно человіку не так давно — при самом конці минувшого столітия. Познати атомну енергию было дуже трудно, бо она лежит скована и скрыта в найдробнійшых частичках материи — атомах. И доки учены не вооружились прирядами и способами для изучения тых частичок и росщепления их, они не могли освободити скрыту в них енергию.

Уж при конці 18-го столітня учены знали, што всі вещества в природі складаются из простых, неміняючыхся тіл. Так, наррим., воду можна розложити, бо она складатся из двох простых тіл: из кислорода и водорода. Но ни кислород ни водород не можна уж розложити на простійшы тіла, бо они из ничого другого не складаются, лем суть сами по собі. Тоты просты тіла были названы елементами. Такий елемент може быти в виді газа, або в виді плыну, або в виді твердого тіла, но то не важно, бо учены знают, што то зависит от температуры. Наприм., желізо в звычайной температурі существує в виді твердого тіла, но при большой температурі оно перемінится в плын, а ище при большой в газ. И наоборот, тоты елементы, котры при звычайной температурі и при звычайном давлении существуют в виді газов, перейдут в плын и в тверде тіло, єсли температура буде понижена в достаточной мірі, и давление на них буде усилено. Но при всіх такых перемінах елемент останеся тым, чым был; його не можна переробити на дашто инше. Желізо не можна розложити на иншы складовы части, но можна примішати к нему даякы иншы елементы и так получити складовы вещества.

Учены постепенно нашли, што в природі єсть 92 такы просты тіла, або елементы. Из тых элементов складатся вся материя на землі, и жива и мертва, як и сама земля и другы небесны тіла. Гдеякы из тых елементов навет не существуют в природі отдільно, в чистом виді, лем суть змішаны с другыми елементами в складове вещество, и штобы получити тот елемент, треба розложити складове вещество.

Но єсли дробити елемент на все меньшы части, то в конці концов получится така маленька частичка, яку уж не можна дальше роздробити ни механично ни химично. И тоты найменьшы частичкы названо атомами. Они так малы, што и при помочи микроскопа их не можна замітити. Аж в послідных часах електронны миккроскопы позволили ученым приглянутися ближе тым найменьшым частичкам елементов. Но химикы уж давнійше знали роботу атомов. При химичных реакциях елементы роспадаются на свои атомы, и атомы одного елемента соєдиняются с атомами другых елементов. Наприм., два атомы кислорода соєдиняются с одным атомом водорода, и так получаєся найменьша частичка воды, або моллекула воды. Из химичных реакций учены опреділили и относительну вагу атома каждого елемента. Было установлено, што атом водорода єсть найлегший, атом кислорода 16 раз тяжший, а найтяжший из всіх атом урана — майже 240 раз тяжший от атома водорода.

В 1896 р. великий русский химик Д. И. Менделеев росположил знаны тогди елементы в порядку вагы их атомов. Так получилась замічательна периодична таблица Менделеева, из котрой было видно, што елементы мают меже собом якысу связь, но яка тота связь, никто в тых часах ище не знал. На основі свойой таблицы русский ученый зараз тогди мог сказати, што в природі єсть больше елементов, и он наперед опреділил атомну вагу тых незваных ище елементов. Потом дійствительно были открыты тоты елементы, и они вошли в таблицу Менделеева там, где он наперед предсказал их місце. Ныні каждый елемент має свой атомный номер. Водород открыват таблицу с номером 1, потом иде гелий с н-ром 2, а на другом конці єст уран с н-ром 92. Як раз тот найтяжший елемент уран был выкорыстаный для приготовления атомной бомбы.

Но учены все ище, не знали, што представляют собом тоты найдробнійшы частицы, атомы. Всі думали, што атомы не можна уж нияк розділити на дробнійшы частичкы. На початку нашого столітия тота тверда віра была розбита. Учены установили, што атомы гдеякых елементов роспадаются сами от себе, причом выпускают из себе таинственны лучы. Тоты лучы являются осколками роспавшыхся атомов. Елементы и вещества, котры склонны к такому атомному роспаду, названо радиоактивными. С часом было выяснено, што радиоактивными являются всі 9 послідных елементов периодичной таблицы — от 84 до 92. Так само было выяснено, што при радиоактивном роспаді атомов выділятся огромна масса енергии. Напримір, при радиоактивном роспаді одного килограмма урана выділятся стилько тепла, як и при спалении 50 тонн угля. Но практично примінити тото тепло не можна, бо тот природный роспад атомов иде дуже поволи. Треба бы ждати миллиарды літ, штобы килограмм урана закончил процесс такого радиоактивного роспада. Вся задача была в том, штобы штучным способом ускорити тот природный роспад атомов и регулювати його.

От того часу учены принялися с цілом силом за изучение атомов. Английскому физику Рутерфорду удалось в 1911 р. дати ясный отвіт на вопрос о том, што представляє из себе атом. Каждый атом складатся из ядра и вертящыхся коло ядра електронов. Всьо то триматся вкупі силом електричного притяжения. Ядро має додатиый електричный заряд, а електроны — уємный заряд. Потом было открыто, што вся атомна енергия сконцентрована в атомном ядрі, а не в електронах. То значит, што треба было розбити саме ядро, штобы освободити атомну енергию.

Тысячы ученых во всіх частях світа, працували над рішением той заданы. Будова атома была точно выяснена. Учены установили, што атом представляє собом як бы солнечну систему: ядро єсть як бы солнце, а електроны обертаются коло него, як бы планеты. В атомі водорода єсть лем один електрон, котрый вертится коло ядра, В тяжшых атомах єсть больше електронов. Интересно, што число електронов иде по номерам елементов в периодичной системі. Так атом урана, найтяжшого елемента, с номером 92, має 92 електроны. Но чым больше електронов в атомі, тым больший мусит быти електричный заряд ядра, штобы утримати тоты електроны. Притом всі електроны одинаковы, так щто ріжница меже атомами скрыватся в их ядрах. Атом в цілом єсть електрично нейтральный, бо число електронов с уємным електричным зарядом рівноважится додатным зарядом ядра. И електричный заряд ядра має больше значение, як тяжесть або масса ядра. Два ядра с одинаковым зарядом и различном массом дают так подобны атомы, што их трудно отріжнити. Атомы того самого елемента можут мати ядра ріжной массы, но одинакового електричного заряда, але они занимают тото саме місце в периодичной системі, и называются изотопами. Из того видно, што атом мусит змінитися, єсли електричный заряд його ядра уменьшится, бо тогди ядро не може удержати всі електроны атома. Так атом одного елемента перемінится в атом иншого елемента.

Позже было открыто, учеными, што и ядра не суть однородны, лем складаются из ріжных частиц. Головну массу ядра составляют протоны с додатным електричным зарядом и частицы с таком приблизительном массом, як и протоны, но без електричного заряда, то-єсть електрично нейтральны частицы, названны нейтронами. Наприм., в ядрі водорода находится лем один протон,, но в ядрі урана єсть 92 протоны и 146 нейтронов. Кромі того, в ядрах ріжных атомов было открыто ряд другых частичок.

Як уж сказано выше, в радиоактивных веществах роспад атомных ядер происходит сам от себе. Тоты лучы, котры выділяются из радиоактивных веществ, суть частицы атомных ядер. Штобы вызвати штучный роспад иншых ядер, учены начали ”обстрілювати” их тыми лучами. Обрахунок был такий, што из миллионов частичек, якы вылітуют с огромном скоростьом от радиоактивного вещества, дакотры попадут в ядра обстрілюваной материи и росщепят их. Так удалось найперше перемінити азот в кислород. Тут ядро атома азота не роспадалось под обстрілом, лем поглощало “кулю”, То-есть частичку радиоактивного луча, а выкидувало протон. То был ясный доказ, што такыми кулями можна было попасти в атомне ядро. А друге, из того можна было вывести таку теорию, щто єсли бы придати тым “кулям” ище большу скорость, то они не остались бы в ядрах азота, лем розбили бы тоты ядра.

Тоты переміны в атомных ядрах под, обстрілом частичками ядер иншых елементов были названы ядерными реакциями. Найлучшыми кулями для такого обстріла атомных ядер оказались нейтроны, котры не мают електричного заряду. Атомне ядро с додатным електричным зарядом отпыхало от себе подобно заряженны чистичкы, и лем при огромной скорости така частичка могла проникнути в ядро. Кромі того учены придумали ріжны приборы, котры увеличуют концентрацию и скорость тых ядерных куль.

При обстрілі урана нейтронными кулями было выяснено, што його атомны ядра ділятся на дві части, а притом освобождают два або три свои власны нейтроны. То открыло, наконец возможность практичного выкорыстания атомной енергии. Тут важно не лем то, што при таком ділении урана на два иншы елементи виділялася огромна масса енергии, но далеко важнійше то, што на місце затраченного нейтрона освобождались новы два або три нейтроны, котры могли продолжати дальше обстріл сусідных атомов урана и так вызвати ланцухову реакцию. Допустме, што начнут обстрілювати нейтронами массу урана в один килограмм, и што в началі буде росщеплено даяке число ядер на поверхности той массы, то кажде таке росщепленне ядро выпустит два новы нейтроны, як бы дві новы кулі, котры ударят в сусідны ядра урановой массы, и чым дальше буде продолжатися реакция, тым свободных нейтронов буде больше, и весь тот килограмм урана взорвеся в одну хвилю, выділяючи огромну массу тепла.

Уран в природі складатся из двох головных изотопов — с вагом 238 и 235, с примішком третього изотопа с вагом 234. Експерименты показали, што лем изотоп 235 ділится так нейтронами без перешкоди, а изотоп 238 затримує діление. В природном урані находится 93% изотопа 238 и 7% изотопа 235. Ядра изотопа 238 мают большу массу, и они поглощают попавшы в них нейтроны. Коли ядро изотопа 235 росщепится и выділит свободны нейтроны, то ядра изотопа 238 поідят их перше, чым тоты нейтроны попадут в друге ядро изотопа 235. Штобы діление ядер продолжалось без перешкоды, треба отділити уран 235 от урана 238.

Перва атомна бомба, яку американскы летчикы кинули на Японию, была приготовлена из того отділенного изотопа 235.

Но експерименты показали и то, што природный уран буде, также ділитися без перешкоды, єсли уменьшити скорость обстріляючых його нейтронов. Для уменьшения скорости нейтронов найлучше надаєся т. зв, тяжка вода (соєдинение 2 атомов водорода с двома атомами кислорода). Но приготовление тяжкой воды в большых массах єсть дуже трудне и стоит Дорого. Так вмісто т. воды, начали уживати углерод в формі чистого графита. Были приготовлены т. зв, урановы котлы, в котрых нейтроны пропускаются через графитовы стіны на природный уран и ділят його поболи. В таком котлі происходит ядерна реакция в огромных масштабах и выділятся величезна скилькость тепла. Тут треба уважати, штобы котел не перегрілся и не розлетілся на части, або не перемінился в пару. Для регулирования котла уживают желізных плыт, бо желізо поглощає нейтроны. Коли котел перегрітый, то желізны плыты входят глубше в котел и заберают часть нейтронов, так што процесс росщепления ядер стає повольнійшым, а с тым и тепла выділяєся меньше.

Всі продукты діления урана суть в найвысшой степени радиоактивны. Из уранового котла выділяєся огромна масса радиоактивных лучей. Контакт с ними означал бы смерть для человіка. Длятого урановый котел мусит быти обложеный грубом бетоновом стіном и вся робота с ним мусит вестися механично.

В урановом котлі при неслыханной массі свободных нейтронов можна добитися ріжных перемін в елементах. Уран 238, поглощаючи нейтрон, перемінятся в уран 239, котрый выпускат беталучы (ядерный електрон) и перемінятся найперше в новый елемент н-р 93 периодичной системы Менделеева, а дальше в елемент н-р 94. Так человік створил новы елементы, якых до сих пор не было в природі. На американскых заводах по выробу атомичных бомб получают значны массы тых новых елементов. Н-р 93 получил название нептуний, а н-р 94 — плутоний. Из них получено ище два новы елементы: н-ры 95 и 96.

Плутоний має специальне значение для воєнных цілей, бо он ділится без перешкоды, подобно урану 235. Друга бомба, киненна американцами на Японию, была приготовлена из плутония. Под обстрілом нейтронами он розрыватся моментально

Урановый котел дал также в рукы человіка неслыханну массу радиоактивных веществ, далеко сильнійшых, як радий.

Урановый котел дає уж возможность выкорыстания атомной енергии для практичных цілей. Огромну массу тепла, яка выділятся при ядерных реакциях, можна буде даколи ужити для огрівания. Но урановый котел не можна ужити прямо як бомбы, бо процесс діления ядер урана в котлі посредством нейтронов уменьшенной скорости єсть занадто повольный, и при взрыві уран розлетілся бы на кавалкы, не завершивши реакцию ядерного діления. Длятого, штобы получити материал годный для атомной бомбы, американцы взялися за отділение от природного урана його изотопа 235. То была трудна и дуже коштовна робота. Из одного килограмма природного урана можна получити лем 7 граммов урана 235. Робота была значно облегчена, и кошта уменьшены, коли посредством уранового котла удалось перемінити природный уран в плутоний. Головну трудность в изготовлении плутония представляє тота огромна масса тепла, яка выділаяєся при ділений урана. Тото тепло треба отвести от котла. А то не легка задача, бо при изготовлении одного килограмма плутония выділяєся стилько тепла, што ним можна довести до кипіния 200,000 кубометров воды.

Коли уж єсть достаточна масса урана 235 або плутония, то атомну бомбу не трудно приготовити. Треба лем подобрати таку скилькость того вещества, штобы можна было получити ланцухову реакцию. При малой массі нейтронны кулі не успіют вызвати потребного розмножения нейтронов, штобы взорвати нараз цілу массу.




[BACK]