Игорь Курчатов. Секрет Бороды полностью

В честь Эрнеста Лоуренса назван химический элемент номер 103 (в его ядре 103 протона), искусственно синтезированный независимо в ОИЯИ и в Национальной лаборатории имени Лоуренса в США.

В наше время одним из основных центров по ядерным реакциям является международная межправительственная организация Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна Московской области). Учредители ОИЯИ – 18 стран, специалисты которых работают на базе института. Всего в Дубне российские физики синтезировали 6 не существующих в природе трансурановых элементов, т. е. элементов с ядрами тяжелее элемента урана. Еще несколько трансурановых ядер получены совместно с национальными лабораториями. У них у всех период полураспада существенно меньше возраста Земли, поэтому в природе они не обнаружены.

Среди торжественно утвержденных (прошедших инаугурацию) элементов 114-й получил имя «флеровий» в честь академика Георгия Николаевича Флерова (1913–1990), одного из организаторов лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, ученика и соратника Курчатова. Элемент 118 получил название «оганесон» в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ.

Нуклоны в ядре атома связаны очень сильным взаимодействием. Физики во всем мире пытались вызвать ядерные реакции, используя максимально быстрые α-частицы и протоны, создавая для этого все более мощные ускорители. Но оказалось, что в положительно заряженное ядро значительно легче проникает нейтральная частица – нейтрон, как незаметный шпион в мощную крепость.

Источник нейтронов первыми получили в лаборатории известного итальянского физика Энрико Ферми (1901–1954) при облучении α-частицами порошка бериллия. Нейтроны вылетали из бериллия со скоростью 30 тысяч километров в секунду. Такие нейтроны называют быстрыми. В лаборатории Ферми провели эксперимент по замедлению нейтронов: пропускали их через слой воды или парафина. В обоих случаях замедлитель нейтронов содержал ядра водорода (протоны). Многократно сталкиваясь с ними, нейтроны замедлялись до скорости в несколько километров в секунду – скорости молекул. Такие нейтроны назвали медленными.

В разных лабораториях мира, в том числе курчатовской, начали изучать влияние потока нейтронов на кремний, алюминий, фосфор и другие вещества. При их облучении образовывались искусственные радиоактивные элементы, ядра которых мало отличались от исходного ядра по числу протонов и нейтронов. Например, в лаборатории Игоря Курчатова при облучении алюминия (в ядре 13 протонов и 14 нейтронов) получали радиоактивный изотоп алюминия, а также радиоактивные изотопы магния (в ядре 12 протонов) и натрия (11 протонов).

Но самое интересное и важное было впереди – деление урана. Предполагалось, что облучение нейтронами урана может привести только к получению элементов с близким числом протонов, как это происходило в экспериментах с другими элементами. Но в 1938 г. Отто Ган (1879–1968) и Фриц Штрассман (1902–1980) показали: ядро урана при взаимодействии с нейтроном делится («расщепляется») на два «легких» ядра (например, бария и криптона). При этом выделяется два нейтрона и очень большое количество энергии. Некоторые физики, в том числе Курчатов, сразу поняли значение этого открытия и охарактеризовали его как начало новой эпохи в истории человечества. Появился принципиально новый, невиданно мощный источник энергии, практически неисчерпаемый.

Рис. 12. Ускоренная цепная реакция

При делении ядра выделяется 2–3 нейтрона. Каждый нейтрон может быть либо захвачен другим ядром урана и вызвать его расщепление, либо поглотиться окружающим веществом. В первом случае мы имеем цепную ядерную реакцию. Кроме того, если объем вещества невелик, нейтрон способен уйти за его пределы. Очевидно, что, если из выделяющихся нейтронов в среднем один вызывает следующее деление ядра, реакция будет идти с постоянной скоростью. Если среднее число «эффективных» нейтронов больше единицы – будет разрушаться все больше ядер, реакция пойдет ускоренно (рис. 12). Произойдет бурное выделение энергии, возможно, атомный взрыв. Среднее число эффективных нейтронов называют коэффициентом размножения и обозначают латинской буквой k. При k меньше 1 ядерная реакция затухает. Значение k определяет границу между атомным взрывом и спокойно работающим атомным реактором. Управлять величиной k можно за счет объема вещества, введения специальных «поглотителей» нейтронов (бор, кадмий и др.), отражателей нейтронов от границ рабочего объема вещества.