Атом. Атомное ядро. Цепная реакция

Все в мире состоит из молекул, которые представляют собой сложные комплексы взаимодействующих атомов. Молекулы это наименьшие частицы вещества, сохраняющие его свойства. В состав молекул входят атомы различных химических элементов. Атом - строительный материал природы. Если положить сто миллионов атомов рядом, то длина такой строки составит 1 дюйм (2,54 см). Атомы состоят преимущественно из пустого пространства. Центр атома - это протоны и нейтроны, образующие ядро, а в ядре сосредоточена большая часть веса атома. Если бы вещество состояла только из самых плотно спрессованных атомных ядер, то монета величиной с пенни весила бы сорок миллионов тонн. Однако ядро ​​занимает всего одну стотысячную часть объема атома. Остальной объем - пространство и крошечные электроны, которые кружат вокруг ядра так же, как планеты кружат вокруг солнца.

Материя состоит из атомов, но не все атомы одинаковы. Главная разница заключается в количестве протонов и нейтронов, образующих ядро. Например, атом водорода всегда имеет один протон, кислорода-восемь, а урана - девяносто два протона. В каждом атоме число электронов, кружащиеся вокруг ядра, и число протонов одинакова. Однако количество нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть разная. Например, если в уран - девяносто два протона, один тип атома урана имеет 143 нейтроны, а еще один - 146. Эти изотопы (так называются различные типы одного и того же элемента) известны как уран 235 и уран 238 (92 протона плюс 143 нейтроны равен 235, а 92 протоны плюс 146 нейтронов равняется 238).

Каждый атом удерживается от распада силой, которую физики называют "большой силой" - самой сильной в природе, силой, которая до недавнего исключала расщепления атома. "Мне кажется, - писал Исаак Ньютон 1704 года, - что сначала бог создал вещество в виде твердых масс - непроницаемых движущихся частиц, таких твердых, которые невозможно разбить на куски, обычная сила неспособна разрушить, разорвать то, что создал сам бог".
Ньютон, конечно, не имел дела с физикой на атомном уровне, но все же его взгляд доминировал над всеми другими протяжении столетий. Физики XIX века, исходя из его логики, развили теорию, согласно которой масса и энергия представляют собой отдельные закрытые системы, причем ни масса, ни энергия не могут быть созданы или разрушены. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свои взгляды на этот вопрос. Исследуя свойства массы, времени и пространства, он выдвинул мысль о том, что инертная масса содержит большое количество потенциальной энергии, которую можно уволить, разрушив структуру, т.е. расщепив основные структурные единицы. Далее он выдвинул мысль о том, что в течение этого процесса некоторое количество вещества превращается в энергию и образована количество энергии равно количеству потерянной массы, умноженной на квадрат скорости света: Е = mc2. Энергию можно создать: вещество можно разрушить.

Однако в начале это была всего-навсего теория. Никто, в том числе и сам Эйнштейн, не мог тогда воплотить ее в жизнь. Только в 1938 году физики установили, что когда атом урана-238 бомбардировать нейтронами, то их ядра вследствие удара расщепляются, освобождая при этом энергию. Более того, во время расщепления ядер их нейтроны выстреливаются с большой скоростью в направлении ближайших атомов вызывая расщепление соседних атомов. Поэтому физики сделали такой вывод: если взять достаточное количество атомов урана и вызвать их расщепления, то начнется цепная реакция - быстрое расщепление одного за другим атомов, которое длится, пока иссякнет запас урана. В течение этого процесса высвобождается огромное количество энергии и теплота горения ядерного топлива в миллионы раз больше, чем обычного топлива.

Другие статьи по теме:

- Принципы и методы измерения
- Контроль и дефекты отливок.
- Система зажигания автомобиля ВАЗ 2101
- Эволюция представлений человечества о строении Вселенной
- Расчет экономического эффекта от внедрения автоматизации

Это интересно:

Новости космоса: