Бесплатная техническая библиотека

Реакция деления. История и суть научного открытия

Справочник / Важнейшие научные открытия

 Комментарии к статье

В 1938 году И. Жолио-Кюри и П. Савич заметили, что в уране, активизированном по методу Ферми, присутствует элемент, сходный с лантаном. Эти опыты были повторены в том же году О. Ганом и Ф. Штрассманом, подтвердившими результаты своих французских коллег и установившими, что новый замеченный ими элемент представляет собой именно лантан.

Вместе с Ганом и Штрассманом в Институте кайзера Вильгельма в Берлине работала Лиза Мейтнер - воспитанница Венского университета, талантливый теоретик и специалист в области атомной физики. Но, будучи еврейкой немецкого происхождения, она вынуждена была бежать в Данию в Копенгаген к Нильсу Бору и Отто Фришу - другому немецкому физику.

А далее события подробно описаны в книге "Мир атома": "В спокойной творческой атмосфере Института теоретической физики она быстро забыла тревоги и опасения прошедших дней. Теперь для нее главной снова стала проблема атомного ядра.

За два дня до своего отъезда Лиза Мейтнер получила письмо Отто Гана, в котором тот писал об исследованиях радиоактивного бария. Прочитав письмо, она инстинктивно сжала кулаки. Ей хотелось смять его и выбросить. Внутри все кипело: "Чепуха! Какая чепуха!"

Когда прошло первое волнение, она задумалась: "Если Ган утверждает, что уран превращается в барий, может, это действительно так. Он не может ошибиться. Вероятно, и Ирен Кюри была права..." В работе других Мейтнер могла сомневаться, но в результатах Гана - нет. Значит, нейтроны вызывают какой-то новый вид превращения уранового ядра. Она взяла карандаш и стала быстро писать. Математические символы, которыми она заполняла лист, для обычного человека выглядели бы непонятно. Ядро атома урана распалось примерно на две части. В письме Ган употребил слово "раскололось". Теперь это не так важно, важен сам факт. Можно ли понять на основе известных законов физики возможность такого расщепления? Первые же вычисления, которые она сделала, дали положительный ответ. Мейтнер почувствовала неуверенность - что, если она ошибается?"

Лиза просит проверить расчеты Отто Фриша. "Он бегло просмотрел смятые листы, потом вынул карандаш, присел на корточки и стал быстро делать расчеты.

- А ведь это замечательно и невероятно. Ты действительно права! - Фриш сунул лист в карман. - Мы возвращаемся. Надо немедленно все проверить.

Так их каникулы и завершились, не начавшись. Празднества обещали быть исключительно веселыми, но сейчас их это не интересовало. Они заперлись в комнате, где и началось одно из самых замечательных теоретических исследований. Их ждали огромные трудности. Бесконечные вычисления, сложные и трудоемкие выводы, проверка полученных результатов, сравнение с выведенными формулами и закономерностями... Они не заметили, как прошли семь дней и как наступил 1939 год. Новый год принес новую теорию. Мейтнер и Фриш впервые дали теоретическое объяснение результатов, полученных Ганом и Штрассманом. Если их выводы подтвердятся и все окажется правильным, человечество пойдет по новому пути, будет располагать новым источником энергии. Они вполне сознавали, что сделали эпохальное открытие, поэтому спешили подготовить статьи".

Статья Лизы Мейтнер и Отто Фриша, озаглавленная "Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции", была отправлена в печать 16 января 1939 года и появилась в журнале "Природа" через месяц. Здесь же вскоре была напечатана еще одна их статья - "Продукты деления уранового ядра" и затем работа Фриша о результатах экспериментов, проведенных в Дании.

Фактически это явление было объяснено почти одновременно в конце 1938 - начале 1939 года несколькими физиками. Меньше чем за месяц в четырех лабораториях мира - в Копенгагене, Нью-Йорке, Вашингтоне и Париже.

О Гане и Штрассмане, Мейтнер и Фрише уже говорилось. В подземелье Колумбийского университета Джон Даннинг с двумя помощниками также осуществляют деление уранового ядра. Кроме них в лаборатории Коллеж де Франс в Париже супруги Ирен и Фредерик Жолио-Кюри с сотрудниками Павле Савичем, Хансом Халбаном и Львом Коварски пришли к тому же открытию.

Согласно этому объяснению, атом урана, подверженный бомбардировке нейтронами, испытывает новый тип расщепления, причем атом, в который попал нейтрон, раскалывается на две более или менее равные части. Этому явлению вскоре было дано название деления.

Жолио-Кюри сразу понял чрезвычайную важность этого нового типа атомного распада. В ядрах легких элементов число протонов и нейтронов примерно одинаково, а с увеличением атомного номера относительное число нейтронов увеличивается. Если в ядре урана отношение числа нейтронов к числу протонов равно 1,59, то для элементов середины периодической системы оно колеблется между 1,2 и 1,4. Значит, если атом урана распадается на две части, то общее число нейтронов в осколках деления должно для достижения устойчивости самих осколков деления стать меньше числа нейтронов, содержавшихся в исходном ядре. При делении атома урана освобождаются нейтроны, которые могут в свою очередь вызвать деление других атомов.

Таким образом, появляется возможность цепной реакции, аналогичной химическим цепным реакциям при взрыве. Ф. Перрен в том же 1939 году сделал и опубликовал первый расчет "критической массы", необходимой для того, чтобы началась цепная реакция. Правда, то была лишь предварительная оценка.

Сегодня известно, что ни при каком количестве обычного урана цепная реакция начаться не может. Нейтроны, получающиеся при делении атомов урана-235, поглощаются за счет так называемого "резонансного захвата" атомами урана-238 с образованием урана-239. Последний в результате двух последовательных распадов переходит в нептуний и плутоний. Только для таких делящихся веществ, как уран-235 и плутоний, существует критическая масса.

Расчет потери массы при делении атома урана позволил, кроме того, предвидеть, что процесс деления должен сопровождаться выделением огромной энергии в 165 Мэв.

Идеи Жолио-Кюри удалось вскоре подтвердить экспериментально. Было доказано, что ядро урана захватывает медленные нейтроны и затем делится. Нильс Бор после теоретического рассмотрения пришел к выводу, что делению подвергается не обычный уран с массой 238, а его изотоп с массой 235. В 1940 году А.О. Нир подтвердил экспериментально это предсказание Бора, обнаружив также, что другим легко делящимся атомом является атом плутония.

Идея использования атомной энергии в военных целях была выдвинута группой иностранных ученых, бежавших от фашизма в Соединенные Штаты, из которых в отчете называются Л. Сцилард, Э. Вигнер, Э. Теллер, В. Р. Вайсскопф, Э. Ферми. Этой группе удалось заинтересовать президента Соединенных Штатов Рузвельта. Эти ученые воспользовались помощью Эйнштейна, написавшего президенту письмо. В итоге Рузвельт принял решение оказать государственную поддержку этим исследованиям, и они сразу же были засекречены.

"Усилия по получению атомной энергии в больших количествах имели две различные цели: управляемое медленное освобождение энергии для промышленных нужд и создание сверхмощного взрывчатого вещества, - пишет Льоцци. - Вторая цель была совершенно безотлагательной в тот трагический период мировой истории. Однако очень скоро ученые поняли, что наиболее быстрым способом достижения второй цели является осуществление первой. Как мы уже говорили, делению подвержены атомы плутония и урана-235, которого в природном уране лишь 0,7 процента. Атомная бомба требовала огромных количеств урана-235, который очень трудно отделять. При медленном получении энергии не требуется предварительного разделения, необходимы лишь большие количества урана, и в качестве побочного продукта получается плутоний. Отсюда возникла идея "атомного котла", названного так, возможно, из-за простоты его конструкции. Это название теперь имеет лишь исторический интерес, поскольку оно вытеснено более подходящим названием "ядерный реактор". Первоначальным назначением атомного котла было не получение энергии, а производство плутония в количествах, необходимых для создания атомной бомбы.

Важной проблемой было уменьшение числа нейтронов, захватываемых ураном-238 за счет резонанса; они выпадают из цепной реакции, хотя и полезны как обогатители, т. е. при получении урана-239, превращающегося затем в нептуний и плутоний. Поэтому нужно было как можно скорее выводить быстрые нейтроны из массы урана, отнимать у них кинетическую энергию и вновь направлять в уран в виде тепловых нейтронов, чтобы вызвать деление урана-235. Эту функцию замедлителей могли выполнять атомы тех легких элементов, в столкновении с которыми нейтроны теряют значительную часть своей энергии, не вызывая в то же время изменения этих атомов. До сего времени найдено лишь два вещества, пригодных для этих целей: тяжелый водород (в виде тяжелой воды) и углерод. Тяжелая вода очень дорога, поэтому остановились на углероде в форме графита.

Первый атомный котел, или ядерный реактор, из чередующихся слоев урана и графита, спроектированный и сконструированный Ферми в сотрудничестве с Андерсоном, Цинном, Л. Вудзом и Г. Вейлем, начал работать 2 декабря 1942 года на теннисном корте Чикагского университета. Его мощность составляла 0,5 вт. Через десять дней она была доведена до 200 вт. Это была первая установка ядерной энергетики, ставшей теперь одной из наиболее развитых отраслей современной промышленности".

На наружной стене теннисного корта Чикагского университета установлена мемориальная доска. Надпись на доске гласит:

"Здесь 2 декабря 1942 г. человек впервые осуществил цепную реакцию и этим положил начало овладению освобожденной ядерной энергией".

Первая опытная установка позволила провести точное экспериментальное исследование процесса получения плутония. Оно привело к заключению, что этот способ дает реальную возможность изготовления плутония в количествах, достаточных для изготовления атомной бомбы. В конце 1943 года проект создания атомной бомбы вошел в стадию реализации. Первый экспериментальный взрыв был успешно произведен в 17 часов 30 минут 16 июля 1945 года на воздушной базе Аламогордо, примерно в 200 километрах от Альбукерке, в пустыне штата Нью-Мексико.

Автор: Самин Д.К.

 Рекомендуем интересные статьи раздела Важнейшие научные открытия:

▪ Стереохимия

▪ Логарифмы

▪ Фотосинтез

Смотрите другие статьи раздела Важнейшие научные открытия.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Часовые гены меняются с возрастом 26.02.2017 Многое в живом организме зависит от суточных ритмов: это не только чередование сна и бодрствования, но и особенности формирования памяти, перестройка нейронных цепей, иммунитет, обмен веществ и пр. И сон, и иммунитет, и все-все-все управляются огромным числом генов, и ритмические изменения обусловлены тем, что в разное время суток многие из них работают по-разному, их активность то повышается, то понижается. Если же в ритмах появляются какие-то неполадки, если гены, например, начинают активироваться в неположенное время, или у них вообще исчезает ритмическая активность, то у организма начинаются серьезные проблемы. Например, известно, что из-за испорченных "часов" развиваются нейродегенеративные процессы, усиливается внутриклеточный стресс, начинаются проблемы с метаболизмом. То же самое, кстати говоря, происходит и с возрастом, поэтому принято было считать, что возрастные заболевания возникают, в том числе, и из-за поломок в регуляции суточных ритмов. Биологические часы действительно меняются по ходу жизни, однако здесь все дело, видимо, не только и не столько в общем затухании, "выпрямлении" ритмов. Исследователи из Университета штата Орегон решили сравнить, как с возрастом меняются часы у мух дрозофил. Известно, что активность гена можно определить по количеству матричной РНК (мРНК), которая на этом гене синтезируется. Матричная РНК служит, грубо говоря, посредником между ДНК и молекулярными машинами, собирающими белки. В целом, если пренебречь некоторыми деталями, можно сказать, что чем больше синтезируется мРНК, тем больше получается белка и тем сильнее клетка чувствует работу гена. Синтез РНК, в свою очередь, подчиняется разным регуляторам, среди которых есть и механизм суточных ритмов. И если мы проанализируем, как меняется в течение суток уровень матричной РНК с того или иного гена, то узнаем, зависит ли ген от суточных ритмов или нет. Ученые сравнили РНК, синтезированные на разных генах дрозофил, когда тем было пять дней и пятьдесят пять дней от роду. (Один день жизни дрозофилы можно приравнять к одному году человеческой жизни, так что можно себе представить, какой была возрастная разница между этими подопытными мухами.) И у тех, у других были гены, которые подчинялись суточному расписанию, но с возрастом у многих генов суточные изменения в активности исчезали, и только 45% оставались "ритмически активными" и у пожилых мух. Казалось бы, налицо возрастное отключение биологических часов. Однако, как пишут авторы работы в Nature Communications, у пожилых мух ритмическими внезапно становились другие гены, которые раньше не реагировали на указания внутренних часов. Многие из "позднеритмичных" генов были антистрессовыми. Они работали не только у старых дрозофил, но и у молодых - для этого насекомым нужно было устроить окислительный стресс, поместив их в среду с повышенным содержанием кислорода. Что любопытно, антистрессовые гены, когда они включались в молодых мухах, начинали работать в суточном ритме - то есть так же, как они работали у старых мух. И если у дрозофил отключали ген clock, который считается главным "часовщиком" и от которого как раз зависит ритмическая активность прочих генов, то у молодых насекомых антистрессовые гены переставали работать по суточному циклу. Из полученных результатов следует несколько важных выводов. Во-первых, как мы уже сказали, нельзя утверждать, что с возрастом биологические часы просто ломаются - то, что некоторые гены со временем перестают "активничать" в суточном ритме, означает, что на их место в биологических часах приходят другие. Во-вторых, как оказалось, некоторые антистрессовые гены работают в ритмическом режиме, вне зависимости от того, в каком возрасте их владелец. В молодости организм способен справляться с тем же окислительным стрессом без дополнительных усилий, и включать соответствующие гены приходится только в крайних случаях, но, если такое произошло, они будут работать опять же "по часам".

Другие интересные новости:

▪ Молекула, улучшающая память

▪ Нано-термометр из ДНК

▪ Ветроустановки влияют на климат

▪ Робот заправляет космический аппарат

▪ Луна, дожди и землетрясения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Важнейшие научные открытия. Подборка статей

▪ статья Смело, товарищи, в ногу. Крылатое выражение

▪ статья Кто такие русалки? Подробный ответ

▪ статья Профессиональные заболевания и их профилактика

▪ статья Металлоискатель по принципу Передача-Прием, теория. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Цифровой тахометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026