
- •Бодх Атомная физика и всё такое.
- •Что такое «модель»
- •Исторический срез.
- •Электричество и электроны
- •Планетарная модель атома.
- •Атом водорода.
- •Атом – это пустое место.
- •Нейтрон.
- •Общая схема атома – самая грубая.
- •Гелий и гелион. Массовое число атома. Атомное число.
- •Нуклеосинтез.
- •Какие элементы нам уже знакомы?
- •Атомная масса и атомное число.
- •Еще немного о массе энергии и энергии массы.
- •Другие химические элементы.
- •Несколько слов об «элементах».
- •Их так много, может они на самом деле «один и тот же»?
- •Электронвольты и ангстремы.
- •Энергия.
- •Вес и масса. И Луна.
- •Астрономическое отступление: происхождение Луны и интересов.
- •Периодичность свойств и постепенность увеличения атомного ядра.
- •Электроположительность и электроотрицательность.
- •Химические связи. Валентность и ковалентность.
- •Совместное владение электронами.
- •Электронные оболочки.
- •«Липкие молекулы». Водородная связь.
- •Силы Ван-дер-Ваальса.
- •Потенциальная яма.
- •Сантиметры, граммы и секунды. И джоули. И прочее.
- •Дополнительные сведения:
- •Изотопы водорода. Дейтерий, протий и тритий.
- •Ядерные реакции.
- •Нейтронная звезда.
- •Плазма.
- •Камера Уилсона.
- •Исключение из правил.
- •Период полураспада.
- •Радиоуглеродный метод.
- •Медленные нейтроны.
- •Отступление… из физики!
- •Измерение массы заряженных частиц.
- •Магнетизм.
- •Масс-спектрограф.
- •Островки стабильности – земля Санникова
- •История Земли Санникова
- •Ядерные задачки.
- •1) Полоний – продукт распада изотопа радона 222Rn. Период полураспада радона равен примерно 4 дням. Через сколько дней число ядер полония будет в 3 раза превышать число ядер радона?
- •Интерференция электронов.
- •Еще о медузах, слонах и звуках.
- •Как измерили заряд электрона.
- •Супер-сверх-мега-отступление.
- •Универсальный принцип дополнительности.
- •Химическая основа жизни.
- •Поляризация.
- •Спектр. Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.
- •Рентгеновские лучи.
- •Радиоактивность.
- •Отдельное «спасибо» от Дарвина.
- •Фотоэффект. Кванты.
- •Модель атома Бора.
- •Квантование.
- •Спектральный анализ.
- •Кентавры.
- •Матричная механика.
- •Радар и диктатура пролетариата.
- •Туннельный эффект.
- •Желания радостные и механические.
- •Мезоны.
- •Мезоновый зоопарк.
- •Барионы и адроны. Барионный заряд.
- •Мюоны. Космические лучи. Чудесные атомы будущего.
- •Природа электрического поля.
- •Античастицы. Аннигиляция.
- •Взаимодействие с пустотой. Очередная нелепость?
- •Вероятность. Экспонента.
- •Магнетар
- •Цепная реакция
- •Солнечный ветер. Гелиосфера.
- •Физика и удовольствие от геологии
- •Кинетическая энергия: mv или mv2 ?
- •Список клёвых книг по физике.
Медленные нейтроны.
В
тридцатых годах XX-го века одному из
физиков, а именно Энрико Ферми, пришла
в голову простая мысль: поскольку нейтрон
не имеет электрического заряда, то он
может спокойно проникать за электронные
оболочки и приближаться к ядру и проникать
в него. Этим он и занялся вместе с группой
других итальянских физиков, из которых
самым молодым был двадцатилетний Бруно
Понтекорво, хорошо известный советским
физикам будущий лауреат Нобелевской
премии – он, будучи обманут советской
пропагандой, переехал в страну победившего
социализма, где и работал в закрытом
городе Дубне – фактически, в тюрьме.
Задача была поставлена простая – облучать разные вещества нейтронами и смотреть – что будет происходить. И дело пошло. Неизвестные ранее изотопы разных элементов создавались десятками.
Когда нейтрон, летящий в некое ядро, которое мы в общем виде обозначим как (NZX), поглощается этим ядром, будучи захвачен сильным взаимодействием, возникает изотоп (N+1ZX), который как правило нестабильный, несуществующий в природе. Такой изотоп немедленно начинает возвращаться в стабильное состояние, избавившись от лишнего нейтрона, но как именно атом может от него избавиться? Оттолкнуть он его никак не может – нейтрон привязан к другим нуклонам сильным взаимодействием. Но нейтрон может распасться по схеме бета-распада, и именно это и происходит. При таком β-распаде ядра возникает ядро нового элемента Y с зарядом ядра Z+1 и массовым числом N+1, то есть происходит цепочка таких реакций (здесь значком «→β→» обозначим β-распад):
n + NZX → N+1ZX →β→ N+1Z+1Y + e + ύ
Это понятно, почему при распаде нейтрона из атома N+1ZX получается атом N+1Z+1Y ? Один нейтрон исчез и появился один протон, значит массовое число не изменилось и осталось N+1, а число протонов увеличилось на один и стало равным Z+1.
(Обрати внимание – ты сейчас совершенно спокойно изучаешь термоядерные реакции и легко понимаешь фразы типа «нейтрон может распасться по схеме бета-распада с образованием элемента с массовым числом N +1», которые еще пару дней назад показались бы тебе запредельно заумными. Возникает вопрос: ну зачем люди так пишут книги по физике, что начинает тошнить и интерес умирает, едва успев родиться? Большинство физиков в самом деле плохо понимают физику, это само собой, но ведь есть же среди них талантливые люди, кто в самом деле понимает, так почему не написать так, чтобы и другие поняли? Открой любой учебник атомной физики. Вот набери в интернете «атомная физика» и открой любой учебник. Ну и такое можно читать? Можно получать удовольствие? А может те самые люди, которые все же понимают физику, не получают от нее удовольствия? И относятся к ней как к нудной работе? И это верно. Но все-таки ну должны же быть хотя бы один-два физика, которые и понимают и любят? Наверняка, но их, видимо, мало, и у них тоже есть карьера, работа, семья, дети, внуки, дача, проблемы, лень, наступающая уже после тридцати старость, болезни… Вот в итоге физика и остается неприступным бастионом. А может быть, им это и нравится – чувствовать себя понимающим человеком среди непосвященных плебеев. К сожалению, умер Айзек Азимов – один из тех немногих, который старался писать понятно и кому это удавалось. Он, как и я, был профессиональным дилетантом, а именно такая позиция приносит максимальное наслаждение при изучении чего угодно, делает кругозор беспредельно широким и жизнь, до отказа наполненную интересом, чувством тайны, предвкушением исследования и возможности поделиться своим пониманием с другими.)
В 1934 году они обнаружили, что нейтроны в сотни раз более эффективно захватываются ядрами атомов, если между мишенью и источником нейтронов поместить кусок парафина или если опустить мишень под воду (очень кстати во дворе института в Риме был бассейн с золотыми рыбаками). Ферми быстро придумал простое объяснение этому явлению: быстрые нейтроны, сталкиваясь со значительным количеством нуклонов, замедляются, а медленный нейтрон, в отличие от слишком быстрого, может спокойно подойти к ядру и быть захваченным ядром с помощью сильного взаимодействия.
Это выглядело очень необычным – ядро привыкли считать чем-то невероятно прочным, и, согласно здравому смыслу, чтобы его изменить необходимо повлиять на него чем-то очень энергичным, очень быстрым – например быстрой альфа-частицей или быстрым протоном. И ускорители были изобретены для той же цели – получить как можно более быстрые частицы для как можно более мощного воздействия на атомы. А для нейтрона все оказалось ровным счетом наоборот – чем медленнее он двигался, тем с большей легкостью возникали реакции превращения элементов. Именно это открытие проложило дорогу к созданию ядерного реактора.