Читаем Бессмертие полностью

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ — также атомная (ядерная) энергия, внутренняя энергия атомного ядра, в первую очередь энергия, освобождаемая во время (искусственных) ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ. Точное определение ядерных масс показывает, что создание среднетяжелых ядер из нуклеонов, а также расщепление самых тяжелых ядер на две приблизительно равные части должно быть связано с потерей массы (ДЕФЕКТ МАССЫ). Согласно закону Эйнштейна об энергии и массе, ему соответствует энергия Е = Мс2 (где с = скорость света), которая освобождается во время соответствующих реакций. Обычно во время ядерной реакции ядерная энергия либо становится свободной (например, также и при естественном радиоактивном распаде тяжелых химических элементов в виде кинетической энергии испускаемых частиц или квантов), или связанной (при некоторых искусственных ядерных превращениях, во время которых кинетическая энергия компонента топлива связывается как ядерная энергия в ядре); следствием этого является соответственно незначительное изменение полной массы всех компонентов топлива. — Если все изменения энергии атомарных систем, например, ионизационная энергия, энергия диссоциации и т.д., настолько малы (в порядке величин нескольких электрон-вольт на частицу), что связанные с этим изменения массы не заметны, то преобразования энергии во время ядерных реакций больше примерно на фактор 10 в 6-й степени. Их измеряют в МеV (= мегаэлектрон-вольт = 10 в 6-й степени еV). Из формулы пересчета между массой и энергией следует, что приблизительно 1000 МеV соответствует массе одного протона или 1/2 МеV — массе одного электрона. Поскольку массы элементарных частиц и ядер определяются с большой точностью (МАСС-СПЕКТРОСКОПИЯ), то по изменениям массы системы во время ядерной реакции можно сделать вывод об энергообмене. Он составляет для единичной реакции величину порядка 5 МеV. Это хотя и невероятно много для единичной реакции, но в целом это очень малая энергия (2 . 10 в 13-й степени калорий); ядерная энергия приобретает значение только тогда, когда могут обмениваться очень много ядер. Если в отдельной частице освобождается 1 МеV, то при обмене всех ядер грамм-молекулы освобождается энергия теплоты сгорания 23 . 10 в 16-й степени килокалорий; это приблизительно в 10 в 6-й степени больше тепла, чем получается при расходе одной грамм-молекулы каменного угля (приблизительно 12 г). (моль = грамм-молекула, столько граммов химического соединения, сколько показывает молекулярный вес). Большинство ядерных превращений, осуществляемых в лаборатории искусственно путем бомбардировки ядер с высококалорийными частицами, приводили только к единичным процессам. В 1938 году Хан и Штрассманн открыли совершенно новый тип ядерной реакции: при бомбардировке (редкого) изотопа урана с массовым числом 235 медленными нейтронами ядро распадалось на два приблизительно равных новых тяжелых ядра, которые были обоими носителями освобождаемой энергии; кроме того, испускались от двух до трех нейтронов, как вскоре после этого доказал Жолио-Кюри. Тем самым реакция саморепродуцировалась, так как эти нейтроны могли привести к распаду последующие урановые цепочки и так далее. Такая ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ, если она протекает без помех, приводит при наличии достаточного количества радиоактивного вещества к лавинообразному нарастанию процессов распада (ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ). При соответствующем размещении и регулировании освобождающаяся энергия технического применения может быть использована в мирных целях (ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР). Такое расщепление ядра (бомбардировка изотопа урана с массовым числом 235 медленными нейтронами) имеет большое значение, кроме того, и потому, что освобождаемая энергия при этом значительно больше (приблизительно 200 МеV на отдельный процесс), чем при других ядерных реакциях. Возможность расщепления ядра была открыта также и у других тяжелых ядер, прежде всего у плутония и у среднетяжелых ядер. — Во время ТЕРМОЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ освобождается энергия приблизительно до 20 МеV на каждый отдельный процесс. — Считается, что энергетических запасов Земли, включая уголь и нефть, хватит на 1000 лет, энергии от расщепления ядра на 20 000 лет и энергии от термоядерных реакций более чем на 500 миллионов лет. — Ядерная энергия играет решающую роль также и в энергетическом балансе Солнца и неподвижных звезд. Излучаемая ими в течение миллионов лет огромная тепловая и световая энергия вырабатывается, вероятно, исключительно в результате теромоядерной реакции. Внутри звезд господствуют температуры приблизительно в 20 в 7-й степени градусов Кельвина. В результате этого могут возникать различные циклы ядерных реакций, которые приводятся в действие путем проникновения протонов в атомные ядра; это прежде всего цикл Бете-Вейцзеккера, то есть слияние ядер водорода с ядрами гелия при участии ядра углерода 12С, далее реакция Бете-Критчфилда, то есть образование дейтериев из протонов при освобождении позитронов.