Текст
                    А. Б У Я Н О В=й
I.
" i'v
U U
H
U
Н
J U i
J U i
п
МОСКОВСКИЙ РАБОЧИЙ
19 5 5


Под редакцией лауреата Сталинской премии К Л. ГЛАДКОВА
в ВВЕДЕНИЕ еличайшим и, пожалуй, самым удивительным открытием современности является атомная или, как ее более правильно называют, ядерная энергия. Человеческий ум проник в мир невидимого — в атом и, познавая строение этого микромирах, научился извлекать из него один из мощнейших видов энергии, имеющейся в природе. Овладение техникой высвобождения ядерной энергии имеет для человечества, пожалуй, такое же важное зна* чение, как и «приручение» огня. До последнего времени человечество пользовалось только энергией, прямо или косвенно поступающей на нашу планету от Солнца. Тепло солнечных лучей приводит в движение воздух и вводит в кругооборот огромную массу воды. Вода, вращая турбины электростанций, вырабатывает электрическую энергию, а могучий ветер позволяет получать электрическую энергию через посредство ветродвигателей. Энергия вливает жизнь в машины и механизмы, благодаря чему они выполняют титаническую работу. Например, паровая или водяная турбина мощностью 100 тысяч киловатт выполняет работу, для которой потребовались бы усилия 130 тысяч лошадей. Солнечная энергия накапливается в растениях в виде питательных веществ и топлива. Химическая энергия горения топлива — один из главных источников энергии в современной технике. Величина этой энергии весьма зна- 1 Микромир — мир очень малых частиц: атомов, молекул и т. п.
чительна. Тяжеловесный паровоз, например, с большим количеством груженых вагонов стремительно катится по рельсам благодаря химической энергии, получаемой от сжигания весьма большого количества топлива. Многотонная металлическая- «птица» — самолет — поднимается в воздух и летит эа счет энергии сгорания нескольких тонн бензина. Однако открытия, сделанные физиками- за последние годы, показывают, что до сих пор мы использовали лишь миллионные доли той энергии, которая содержится в веществе. Тепловая энергия, которую мы получаем при сжигании грамма угля, равна примерно 8 большим калориям *. Этим теплом можно нагреть до 100 градусов полстакана воды. Внутриядерная энергия, заключенная в грамме любого вещества, в 2700 миллионов раз больше. Пока мы умеем выделять лишь ничтожную ее часть. Но если бы удалось использовать всю энергию, содержащуюся в грамме вещества, то можно было бы нагреть до 100 градусов целое озеро воды объемом до 200 тысяч кубометров. Кусок каменного угля при химической реакции соединения углерода угля с кислородом воздуха освобождает энергию в форме тепла. Это тепло измеряется сотнями градусов. Тепло, развиваемое при некоторых ядерных реакциях вещества, то есть при высвобождении внутриядерной энергии, может достигать миллионов градусов. Огонь превращает топливо в пепел, а при температуре в миллионы градусов не только топливо, но и вещество печи испарились бы, не оставив и следа на том месте, где они были. Кусок цинка, используемый в гальваническом элементе, при химическом соединении с кислотой электролита, порождает энергию, преобразуемую затем в электрический ток. Мощность этого тока измеряется ваттами2, 1 Калория — единица количества тепла. 2 Ватт — единица мощности. Одна лошадиная сила равна 736 ваттам. Мощность лампочки карманного фонаря соответствует примерно 1 ватту. В технике энергия и работа измеряются в киловатт-часах. Один киловатт-час — это энергия, за счет которой прибор, имеющий мощность 1 киловатт, работает в течение часа.
а количество энергии — джоулями \ Количество же энергии, выделяемое при ядерной реакции расщепления одного только грамма урана, равняется 2,5 миллиона киловатт- часов. А ведь при затрате только одного киловатт-часа энергии промышленность может изготовить 2 пары обуви, или 10 метров ткани, выпечь 88 килограммов хлеба, или сварить и расфасовать 42 килограмма сахара, добыть 70 килограммов угля, или выплавить 7 килограммов чугуна. Каждый киловатт-час электрической энергии эквивалентен часовому труду 20 землекопов. Около 2 тысяч киловатт-часов энергии тратится на изготовление автомобиля, и не более 5 тысяч киловатт-часов расходуется на изготовление мощного трактора. Такова разница между самой распространенной сейчас в промышленности и на транспорте формой энергии и энергией, введенной нашими физиками в арсенал технического вооружения советского народа. 1 Джоуль — единица измерения работы. Мощностью в 1 ватт можно произвести работу, равную одному джоулю.
п ЭНЕРГИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ СКЛАДЫ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ очти вся энергия твердого и жидкого топлива, которой пользуется человечество, есть энергия Солнца. Она накоплена за многие миллионы лет существования Земли растительными и животными организмами. Удивительным складом солнечной энергии являются оастения. Зеленый лист при помощи хлорофилла * улавливает энергию солнечных лучей. За счет ее в растении происходит превращение неорганических веществ — воды и углекислого газа — в органические: сахаристые ве- (цества, крахмал, целлюлозу, белки и др. В растении солнечная энергия, скрытая в виде химической энергии, может сохраняться тысячелетиями. Это мы знаем на примере каменного угля, торфа и других ископаемых. Сжигая в печи дрова или уголь и получая при этом тепловую энергию, мы, в конечном счете, пользуемся энергией Солнца, некогда запасенной растениями. В доисторические времена растение, как легендарный Прометей, похищало огонь с неба и прятало его для человека. Этот огонь теперь светит в электрических лампочках, движет паровозы, пароходы и самолеты. Этот огонь вливает силу в мускулы человека и сверкает искрами мысли в мозгу. Пища только потому и является источником силы в нашем организме, что она представляет собой «консер- 1 Хлорофилл — красящее вещество (пигмент), от присутствия которого зависит окраска зеленых частей растений.
Так примерно выглядит теплоэнергетическая станция, работающая на угле или торфе. вы» солнечной энергии, и человек вправе величать себя сыном Солнца. Зеленый лист растения — пока еще единственная на всем земном шаре химическая лаборатория, где солнечная энергия может концентрироваться, накапливаясь в веществе, способном снова отдать эту энергию. Солнечная энергия, накапливаемая ежегодно растениями, в сотни раз больше той энергии, которая получается от сжигания всего добываемого за год угля. Из уже накопленных в природе источников энергии на долю каменного угля приходится 96%, торфа — 3,9%, нефти —0,1%. Постоянными энергетическими ресурсами можно считать и энергию белого угля (падающей воды). Ее годовые запасы на земном шаре, в пересчете на теплотворную способность каменного угля, составляют 2 000 000 000 тонн. Годовые запасы энергии голубого угля (ветра) равны примерно 4 500 000 000 000 тонн.
Запасы ископаемого топлива когда-нибудь кончатся. Зато энергия желтого угля (Солнца), а также энергия белого н голубого угля практически неиссякаемы. ГОЛУБОЙ И БЕЛЫЙ УГОЛЬ Энергия солнечных лучей нагревает воздух, а быстрое перемещение холодных и теплых воздушных масс (ветер) используется человеком для вращения ветродвигателей и для передвижения парусных судов. Советские инженеры сконструировали и построили ветроэлектростанции различных мощностей. Эти электростанции дают световую, механическую и тепловую энергию городам и селам Советского Союза. В сельском хозяйстве ветродвигатели выполняют разнообразные работы: перемалывают зерно, качают воду, осушают болота, освещают жилища и т. д. Энергия солнечных лучей нагревает и частично испаряет воду рек, озер, морей и океанов, а также воду, находящуюся в почве. Испарившаяся вода переносится воздушными течениями в глубь материков и выпадает там в виде атмосферных осадков. За счет этих осадков на Земле получают начало ручьи и реки. Механическую энергию движения воды человек при помощи машин переводит в энергию электрическую, выполняющую сейчас огромную работу. Велика энергия белого угля — падающей воды. И это не трудно представить. Ведь около миллиарда тонн воды ежедневно, испаряясь, поднимается на тысячи метров вверх, чтобы потом низвергнуться оттуда в виде дождя или снега. Человек научился использовать лишь энергию воды, текущей по поверхности Земли. Но и этой энергии много. Гидроэлектростанции только на одной из наших рек — Волге — будут давать ежегодно 20 миллиардов киловатт-часов электрической энергии. Столько энергии может дать сжигание 45 миллионов тонн, то есть 20 тысяч железнодорожных составов, каменного угля. Используя энергию падающей воды, мы экономим огромное количество топлива и освобождаем транспорт от его перевозок. 8
Один из вариантов ветроэнергетической станции
Примерная схема гидроэнергетической станции. ЖЕЛТЫЙ УГОЛЬ Солнце нескончаемым потоком льет на Землю световые и тепловые лучи, освещая и «отапливая» нашу планету. Энергия этих лучей огромна. На каждый квадратный метр земной поверхности падает энергия, могущая производить работу, для выполнения которой потребовалось бы несколько лошадей. Специалисты подсчитали, что Земля непрерывно получает от Солнца поток энергии мощностью почти в 500 биллионов лошадиных сил. Это в несколько миллионов раз превышает теперешнюю потребность в энергии всего человечества. Для удобства посчитаем все тепло, излучаемое Солнцем на Землю, за 100%, тогда баланс его будет следующий. Чуть ли не половина всего солнечного тепла, а именно 42%, отражается и рассеивается в звездном пространстве. Больше всего тепла отражает атмосфера и лишь небольшую часть — земная поверхность; 19,6% расходуется на нагревание воздуха, окутывающего Землю (из них 14% тепла воздух получает непосредственно от 20
прямых солнечных лучей и 5,6% от почвы, нагретой солнечными лучами). На испарение влаги тратится 18,4% солнечного тепла. И лишь остающаяся доля идет на нагревание почвы. В конечном итоге, все тепло, получаемое Землей, за исключением тепла, поглощаемого живыми организмами, рассеивается в мировое пространство. Если бы мы могли использовать всего лишь один процент солнечного тепла, получаемою, например, в год пустыней Сахарой, то имели бы энергию, в десять раз большую той, которую ежегодно расходует все человечество. Каждый гектар земной поверхности получает от Солнца такое количество энергии, которое могло бы привести в действие машину мощностью 10 тысяч киловатт. Однако до сего времени мы еще не имеем установок, которые позволяли бы полностью использовать эту энергию. Только сейчас начинают появляться более или менее экономичные солнечные машины. При их помощи можно нагревать воду, готовить пищу, плавить металл и даже вырабатывать холод. Солнечные лучи, согревая нашу планету, не дают ей застыть в холоде космических просторов, по которым путешествует земной шар. Солнечные лучи освещают Землю. Свет Солнца столь ярок, что если бы мы захотели искусственным путем дать такую же освещенность в комнате площадью, например, в 100 квадратных метров, то нам пришлось бы зажечь в ней 50 тысяч электрических лампочек по 60 свечей каждая. «ВЕЧНОЕ» СВЕТИЛО Познакомимся с нашим вечным светилом — Солнцем. Это чрезвычайно большое космическое тело. Его объем в 1 300 тысяч раз превышает объем Земли, а диаметр в 109 раз больше диаметра Земли. Чтобы представить себе величину Земли и Солнца, приведем следующий пример. В ведре вмещается примерно 130 тысяч зерен пшеницы. Если вы возьмете одно пшеничное зерно и рядом с ним насыплете десять ведер зерен, то полученную кучу пшеничных зерен можно будет принять за объем Солнца, а объем Земли будет равен одному зернышку. 11
ЗЕРКАЛО^ Г*' щ НИ ■i V На рисунке — схемы установок, работающих на солнечной энергии: вверху — схема простейшего водонагревателя, под ней — схема трубчатого водонагревателя, внизу, — схема и общий вид котельной установки с параболическим зеркалом, «глядящим» на Солнце в течение всего дня.
В прошлом люди не знали, что представляет собой Солнце. Религиозные представления о строении мира и о различных явлениях природы всегда основывались не на научных наблюдениях, не на вычислениях и исследованиях, а на легендах и суевериях. Только науке обязано человечество тем, что все больше и больше познается строение миров Вселенной, все глубже и глубже раскрываются секреты различных явлений природы. Познаются тайны строения звезд, в частности Солнца, и ставятся на службу людям такие могущественные силы природы, как атомная энергия. Солнце, которому наши древние предки поклонялись как божеству, оказалось одной из звезд и далеко не самой крупной среди мировых тел Вселенной, а Земля — всего лишь маленькой планетой, вращающейся вокруг Солнца — центра планетной системы. Расстояние от Земли до Солнца— 150 миллионов километров. Чтобы покрыть это расстояние, надо было бы лететь на самолете без посадок примерно 50 лет. Вращаясь вокруг Солнца, Земля проделывает в год за один оборот путь в 900 миллионов километров, проходя это расстояние со скоростью 30 километров в секунду. В свою очередь вся наша солнечная система тоже движется с огромной скоростью по определенной орбите в галактике, именуемой Млечным Путем. И Солнце и Земля развиваются по законам, которым подвластны все физические и химические процессы во Вселенной. Многие из этих законов уже известны человечеству. Так, например, закон, открытый великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым, убеждает нас в том, что материя и энергия вечны, они несотворимы вновь и неуничтожаемы. Они могут переходить из одного вида в другой. Но во всей Вселенной, начиная от отдельных атомов в неживой природе и кончая сложными живыми организмами, вещество и энергия подчинены этому всеобъемлющему закону природы. Все вещества, из которых построены еле видимые глазом песчинки и неизмеримые по величине тела Вселенной, состоят из атомов, например Солнце. 13
Примеры перевода в электрическую энергию химической энергии каменного угля, электромагнитной энергии солнечного света а механической энергии ветра и воды. ПО ПРОСТОРАМ ВСЕЛЕННОЙ Есть у человека одно удивительное средство, при помощи которого он может совершать самые интересные путешествия в настоящем, полеты в будущее и возвращаться в давно прошедшее. Это средство способно сокращать, время, уменьшать расстояние и преодолевать пространство. Стоит только человеку воспользоваться им, как по> своему желанию он может очутиться в любом месте на пути всего прошедшего или будущего, где только захочет. Это чудесное средство — наша мысль, окрыленная наукой. Взглянув на небо, не сразу решишь, какой путь лучше выбрать для знакомства со звездными мирами. Оторвавшись от земли, можно долго носиться по «дорогам» Вселенной, посещая все новые и новые звезды. 14
Словно гигантские модели атомов, плавают по океану Вселенной целые системы звезд и планет, схожих с нашей солнечной системой. Однако, несмотря на свою громадную величину, каждая из этих звездных систем во всей Вселенной занимает бесконечно малое место. Из миллиардов таких звездных систем составлены галактики, а бесконечное множество галактик образует Вселенную. Приблизимся на нашем корабле к Солнцу. Великий русский ученый М. В. Ломоносов так описывал в стихах поверхность Солнца: Когда бы смертным столь высоко Возможно было возлететь, Чтоб к Солнцу бреннэ наше око Могло, приблизившись, воззреть: Тогда б со всех открылся стран Горящий вечно океан. Там огненны валы стремятся И не находят берегов; Там вихри пламенны крутятся, Борющись множество веков, Там камни, как вода, кипят, Горящи там дожди шумят. Солнечное «тело» имеет предельно простое строение. На Солнце не встретишь ни рек, ни морей. Нет там и материков, так как при температуре его поверхности, равной примерно 6 тысячам градусов, не существует ни жидких, ни твердых веществ. При такой температуре могут существовать только газы. В недрах Солнца, где температура много выше, не могут существовать и молекулы, — они расйадаются на атомы. А в центральной части Солнца, имеющей температуру более 10 миллионов градусов, встречаются уже не атомы, а составляющие их более мелкие, элементарные частицы. Самое сложное вещество, которое может существо-, вать на Солнце, — это одиночные молекулы, состоящие из двух атомов. Но и этих простых молекул там мало. Основная масса солнечного вещества находится или в виде атомов, или в виде атомных частиц. Развитие вещества на звездах, одной из которых является наше Солнце, идет в направлении образования из 15
атомных частиц сначала простейших атомов, а затем из атомов — несложных молекул. Трудно охватить мысленным взором неизмеримые масштабы Вселенной. Но самое замечательное кроется в том, что все неисчислимое количество вещества, из которого состоит Вселенная, построено из 100 видов атомов. Состав некоторых звезд, как показал спектральный анализ1, на одну треть, а у Солнца — наполовину состоит из протонов, то есть из ядер атомов водорода. При царящей там огромной температуре электроны не могли бы удерживаться ядрами атомов. Только на остывающем небесном теле электроны могут взаимодействовать с протонами и вступать с ними в такую связь, которая обусловливает появление атомов, сначала простых, а затем и более сложных. Все атомы подчинены закону, открытому знаменитым русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Этот закон подтверждает, что эволюционное развитие присуще не только живым организмам, но и мельчайшим частицам материи — атомам. Эволюция атомов идет от простой химической «клетки» — элемента водорода до «многоклеточного организма» — элемента урана. Для того чтобы лучше понять, как происходит превращение одних атомов в другие, более сложные, нужно подробнее познакомиться с тем, что такое атом, каково его строение. 1 Спектральный анализ — определение химического со става тел путем изучения испускаемого ими света.
п МИКРОМИР — АТОМ ЧТО ТАКОЕ АТОМ? одобно тому как здание сложено из небольших кирпичей, вся окружающая нас живая и неживая природа состоит из мельчайших частичек вещества — атомов. Из них состоят пылинки и горы, воздух и вода, растения и животные, планеты и метеориты. Слово «атом» впервые стали употреблять древние греки более двух тысяч лет назад. Греки предполагали, что каждое тело сложено из мельчайших частиц, которые они считали неделимыми. В переводе с греческого языка слово «атом» и означает «неделимый». В нашем представлении пылинка — очень маленькая частица вещества. Она едва видима невооруженным глазом, так как ее диаметр равен 0,03 миллиметра. Но в этой частице насчитывается около 10 квадриллионов, или, что то же самое, 10 миллионов миллиардов атомов. Мельчайшая крупица золота, еле различимая при помощи микроскопа, имеет диаметр 0,000024 миллиметра. Однако и в этой частице вещества содержится больше трех с половиной миллионов атомов. Попробуем путем сравнения представить себе величину атома. Увеличьте мысленно знакомые вам предметы в миллион раз. При этом карандаш, например, вытянулся бы в длину до 200 километров, а его толщина превысила бы 7 километров. Булавочная головка превратилась бы в шар диаметром в один километр. Атом же при таком увеличении имел бы размер, пожалуй, не более точки в этой книге. Атомы соединяются друг с другом в более крупные частицы—молекулы. А молекулы образуют разные веще- 2 А. Буянов 17
егва. Так, если два атома кислорода присоединятся к атому углерода, то получится молекула углекислого газа. Два кислородных атома, соединяясь с атомом кремния, превращаются в молекулу твердого вещества — кремнезема, то есть хорошо знакомого всем песка. Разнообразные вещества в природе получились в результате различного сочетания атомов. ___ Так схематически можно изобразить молекулу углекислого газа (СОг), состоящую из двух атомов кислорода (О) - и одного атома углерода (С). Любой атом, как и всякая материальная частица, имеет размеры, массу и присущее ему строение. Самый маленький и самый легкий атом принадлежит элементу водороду. Чтобы показать, как он мал, достаточно сказать, что роперечник атома водорода равен одной стомиллионной доле сантиметра. Если эти атомы расположить по линии в один ряд, то в каждом сантиметре линии можно разместить 100 миллионов атомов. Вот почему атом невозможно разглядеть даже в самый сильный из всех существующих сейчас микроскопов. Масса его составляет меньше 0,000 000 000 000 000 000 000 002 грамма, то есть двух септиллионных, или двух миллиард- квадриллионных долей грамма. Другой атом, размером немного больше атома водорода и почти вчетверо тяжелее его, принадлежит гелию. В природе имеются атомы железа, алюминия, золота, кремния, платины, ртути, кислорода, азота и др. Всего насчитывается 100 видов атомов химических элементов. В таблице, разработанной великим русским ученым Д. И. Менделеевым, представлены все виды атомов химических элементов. Они расположены в порядке возрастания их массы, то есть в порядке увеличения атомного веса. Первый, самый легкий и самый простой элемент — 18
это, как отмечено выше, водород. Атом углерода в 12, а атом железа в 56 раз тяжелее атома водорода. Еще тяжелее атомы серебра, золота, ртути. Масса атома урана, занимающего в таблице Д. И. Менделеева клетку под номером 92, в 238 раз превышает вес атома водорода. Открытие Д. И. Менделеевым периодического закона химических элементов Ф. Энгельс оценил как научный подвиг. Без знания этого закона невозможно было бы решить и проблему использования атомной энергии. СТРОЕНИЕ АТОМОВ В конце XIX столетия ученые доказали, что атомы являются мельчайшими носителями химических свойств вещества. В XX столетии установили, что атом делим. Несмотря на ничтожно малые размеры, все атомы состоят из еще более мелких, чем они сами, частиц: протонов, нейтронов и электронов. Протон несет положительный заряд электричества, а нейтрон не имеет электрического заряда, то есть является нейтральной частицей. Электрон же представляет собой частицу минимального из открытых в природе зарядов отрицательного электричества. Его масса в 1836,5 раза меньше массы протона и в 1 839 раз меньше массы нейтрона. Если атомы содержащиеся в грамме воздуха, представить в виде копеечных монет и уложить рядом, то они составят цепочку, длина которой будет в 60 миллионов раз больше расстояния от Земли до Солнца. 2* 19
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРИОДЫ ГРУППЫ I п ж W н 1 1,0080 П Li 3 6,940 Be" 9,013 10,82 6 С 12,010 7 N 14,008 ш 11 Na 22,997 24,32 13 А1 26,98 14 15 28,09 30,975 1У к 39,100 19 Са 40,08 20 Sc 44,96 21 Ti22 47,90 у 50,95 29 Си 63,54 2 30 ^ 18 /П 65,38 з 31 г is oa 32 Ge 69,72 33 As 74,91 YI Rb 85,48 37 Sr" 1 8Z63 Y 88,92 39 Zr 91,22 40 Nb 92,91 18 \ 107,880 48 Cd 112,41 In 114,76 50 So 118,70 51 Sb 121,76 55 56 Cs 132,91 Ba 137,36 57 La • 138,92 72 Hf 178,6 73 To Id 180,88 Ли 197.Z 200,61 81 Tl 204,39 Pb 207,21 83 209,00 X F Ш 87 89 Г [223] Ra 226,05 Ac** 227 (ТЫ (Pa) 58 Ce 140,13 2 я 20 18 8 2 59 Pr 140,92 2 я 21 18 8 2 60 Nd 144,27 R 22 18 8 2 61 Pm [145] 2 R 23 18 2 62 Sm 150,43 2 R 2^ 18 8 2 63 Eu 152,0 • 2 R 25 m 8 2 ЛАНТА 64 Gd 156,9 я 25 18 8 2 90 Th 232,12 2 10 18 32 18 H 2 91 Pa 231 g 20 32 18 \ 92 и 238,07 ? 21 32 18 2 93 Np [237] g 23 32 18 S 94 Pu [Z4Z] 2 g гч 8 ! 95 Am [243] • s 25 32 18 8 ?. • АКТИ 96 [243] 2 q 25 32 18 8 2 20
ЭЛЕМЕ ЭЛЕМЕН б 2 5 8 Сг 52,01 6 18 8 2 Мо 95,95 6 с 18 " 18 8 2 Ш 8 О 16 s! зэдеь 24 , «3 8 3ttSe 78,96 18 8 2 11 Те Г27,61 w 1 183,92 1 6 18 32 8 (U) 84 Ро 210 нтов , тов 7 2 7 ¥11 (Н) 9 р 13.00 17 С1 35,457 Мп25 1гз 54,93 1 7 18 8 Тс [99J 7 18 18 8 2 35 Вг 79,916 43 ^ 13 18 8 53 . 526,91 75 .2з Re ?I 186,31 1 7 18 32 18 8 2 85 At йю] Ц.И.МЕНДЕЛ Fe26 55,15 „ 44 Ru 101,7 76 Os 190,2 2 8 2 1 15 18 8 2 2 14 32 18 I VIII Co27 ,58,94 102,91 77 Ir 193,1 EEBA 2 15 8 2 1 16 18 8 2 2 15 32 18 8 2 Ni28 58,69 106,7 78 Pt 195,23 15 8 2 0 18 18 8 2 1 17 32 18 He 4,003 Ne О 2 10 3 Ar18 39,944 Кг 83,80 Xe 131,3 Rn 222 36 54 86 2 8 2 8 8 18 8 2 8 18 18 я 2 8 18 32 18 8 г ноиды 65 Tb 159,2 0 18 Ь 2 66 162,46 г g 28 18 \ 67 Ho 164,94 2 a 2S 18 8 68 Er 167,2 2 30 18 В 2 69 Tu 169,4 31 18 в 2 70 Yb 173,04 г 32 18 8 71 Lu 174,99 2 q 32 18 8 2 НОИДЫ _ порядковый номер "T L 1 ВЕС ЭЛЕКТРОННЫЕ СЛОИ
В разных атомах содержится различное количество протонов, нейтронов и электронов. Наиболее тяжелые атомы насчитывают около 350 таких частиц. Частицы в атоме совершают определенные движения и находятся в строгом взаимодействии между собой, образуя сложную систему. Все атомы, кроме атома водорода, имеют ядро, состоящее из протонов и нейтронов, и оболочку, состоящую из электронов. Ядро в целом несет положительный заряд электричества, а оболочка — отрицательный. Почему же электроны не падают на ядро? Ведь разно заряженные частицы притягиваются друг к другу. Объясняется это тем, что электроны очень быстро обращаются вокруг ядра и вокруг собственной оси. Наша Земля не падает на Солнце, вокруг которого она вращается. Поэтому ядро атома иногда сравнивают с Солнцем, а электроны — с планетами. В атоме водорода электрон кружится вокруг ядра атома — протона, словно Луна вокруг Земли. В гелии два электрона вращаются вокруг ядра, включающего два протона и два нейтрона. Закономерность, проявляющаяся в строении атомов, с предельной ясностью отражена в таблице Д. И. Менделеева. Каждый атом в этой таблице отличается от предыдущего или последующего количеством электронов в оболочке и количеством протонов в ядре. Электроны располагаются вокруг ядра несколькими слоями. Находящиеся ближе к ядру сильнее связаны с ним, чем электроны, расположенные дальше от него. В соответствии с этим химические элементы в таблице Менделеева разбиты на периоды. Каждый новый период отличается от другого наличием нового слоя, занятого электронами. К первому периоду относятся всего два атома: водород и гелий. У водорода его единственный электрон находится в первом, ближайшем к ядру, слое. У гелия оба электрона располагаются также в первом слое. В первом слое может находиться не более двух электронов. Второй период менделеевской таблицы включает уже восемь иных атомов: литий с двумя электронами в первом слое и одним во втором, бериллий — с двумя в первом и двумя во втором, бор — с двумя в первом и тремя
Если атом водорода увеличить до размеров земного шара, то диаметр ядра атома — протона окажется равным 130 метрам, а электрон будет двигаться по окружности, равной окружности Земли. во втором, углерод — с двумя в первом и четырьмя во втором и т. д. Неон, имеющий порядковый номер десять, содержит всего десять электронов, которые размещаются: два в первом слое и восемь во втором. На этом заполнение второго слоя кончается. Таким образом, во втором слое может находиться только восемь электронов. Дальше идет заполнение третьего слоя. Одиннадцать электронов натрия, как мы видим из таблицы Менделеева, распределяются: два в первом, восемь во втором и один в третьем слое. Этот элемент открывает третий период менделеевской таблицы. Из восемнадцати электронов аргона — последнего атома третьего периода — два электрона расположены в первом слое, восемь во втором и восемь в третьем. У калия — первого элемента четвертого периода, имеющего девятнадцать электронов, — два электрона находятся в первом, восемь во втором, восемь в третьем и один в четвертом слое и т. д. Первый слой, как мы уже говорили, вмещает не больше двух электронов, второй— восемь. Последующие слои оказались более просторными. Так, третий слой вмещает уже 18 электронов, четвертый— 32, пятый—18 и т. д. В тех случаях, когда число элек- 23
тронов в слое превышает восемь, слой делится на несколько подслоев. Но и в этом случае электроны заполняют эти слои таким образом, что самые внешние электронные подслои у всех атомов никогда не содержат более восьми электронов. Периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым, указывает на схожесть химических свойств элементов, расположенных в одной группе таблицы. Элементы одной и той же группы всегда имеют одинаковое количество электронов во внешнем слое, что и обусловливает их химическое сходство. Так, элементы первой группы: литий, натрий и др. — имеют по одному электрону во внешнем слое. Элементы • второй группы: бериллий, магний, кальций и др. —• по два электрона. Элементы третьей группы — по три. И, наконец, элементы нулевой группы: неон, аргон, криптон и др. — по восемь электронов. Атомы, имеющие в наружном слое два или восемь электронов, обладают необычайной химической устойчивостью. Все атомы, как мы увидим дальше, стремятся к образованию такой устойчивой системы за счет электронов других атомов. В этом стрехмлении кроется химическая активность атомов и способность их к образованию химических соединений. ЯДРО АТОМА Можно ли узнать строение атомного ядра? Ведь никто еще в мире не видел не только ядра, но даже и атома. Однако ученые сумели «разглядеть» и то, что не видно под микроскопом. В 1932 году советский физик Д. Д. Иваненко опубликовал свою работу, в которой изложил теорию строения атомных ядер. Его теория получила всеобщее признание, и ею пользуются сейчас ученые, работающие в области физики атомного ядра. Согласно этой теории, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Атом водорода имеет в ядре один протон, а в электронной оболочке — один электрон. Атом гелия содержит в ядре два протона и два нейтрона, а в оболочке— два электрона. Атом кислорода имеет в ядре восемь протонов и восемь нейтронов, а в оболочке — восемь электронов. Начиная примерно с середины таблицы Менде- 24
леева число нейтронов в ядрах атомов химических элементов начинает постепенно превышать число протонов. В ядре атома урана насчитывается уже 146 нейтронов и. 92 протона, а его электронная оболочка содержит 92 электрона. На нашем рисунке в качестве примера схематически показано строение атома гелия. Иное строение, чем гелий, имеют другие атомы. Самым существенным для каждого вида атомов является число протонов в ядре, так как оно определяет физические свойства элемента, его порядковый номер в таблице Д. И. Менделеева и число электронов в оболочке. Последние определяют также химические свойства атома. Некоторые атомы одного и того же химического элемента имеют в ядре '-ЭЛЕКТРОН |- НЕЙТРОН к- ПРОТОН Атом гелия. Протон — ядерная частица, несущая положительный электрический заряд Нейтрон — ядерная частица, не имеющая электрического заряда (электрически нейтральная). Масса нейтрона чуть превышает массу протона, размеры протона и нейтрона одинаковы. Электрон является частицей, имеющей наименьший из открытых в природе зарядов отрицательного электричества. разное количество нейтронов. В одной из клеток периодической системы элементов Д. И. Менделеева располагаются, например, два химических элемента меди: в ядре атома одного содержится 29 протонов и 34 нейтрона, а в другом имеется 29 протонов и 36 нейтронов. Эти атомы получили название изотопов, что в переводе означает: занимающие одина- ковоеместо, то есть одну и ту же клетку менделеевской таблицы. У изотопов одинаковый заряд, но разное число нейтронов в ядре. В химических реакциях атомы изотопов ведут себя одинаково, потому что химические
ЯДРО АТОМА ГЦ» ЯДРОАТОМА ВОДОРОДА О ТЯЖЕЛОГО ВОДОРОДА Изотопы атомов водорода В атомном ядре обычного водорода (протия)— один протон, у тяжелого водорода (дейтерия) — один протон и один нейтрон, у сверхтяжелого водорода (трития) — один протон и два нейтрона. свойства атома определяются в основном количеством электронов в его наружном слое. Число нейтронов в атомном ядре у изотопов одного и того же химического элемента разное; однако от этого меняется только масса, точнее — меняются физические, а не химические свойства атома. Изменение же количества протонов в ядре хотя бы на один обязательно приводит к появлению атома другого химического элемента, а следовательно, и к изменению его физических и химических свойств. В первой клетке периодической таблицы химических элементов, например, расположены три изотопа водорода: протай, дейтерий и тритий. Атом простого водорода (протия) имеет в ядре один протон. Атом тяжелого водорода (дейтерия) имеет в ядре один протон и один нейтрон. А в атоме сверхтяжелого водорода (трития) содержится один протон и два нейтрона. Протий с кислородом образует обычную воду, а дейтерий — так называемую тяжелую воду, замерзающую при температуре + 3,8 градуса и кипящую при температуре +101,4 градуса. Тритий является весьма редким радиоактивным веществом. Электроны удерживаются возле ядра противоположно заряженными частицами — протонами. Однако каким 26
же образом в ядре могут находиться друг около друга протоны? Ведь они заряжены одноименным электричеством, а из физики известно, что одинаково заряженные частицы отталкиваются. Лишь сравнительно недавно ученые объяснили это явление. Как оказалось, в атомных ядрах между частицами, составляющими ядро, действуют два вида сил: электрические силы отталкивания и ядерные силы притяжения. Электрические силы стремятся растолкать протоны и тем самым разрушить ядро, а ядерные силы удерживают вместе и протоны и нейтроны. Когда эти силы уравновешены или ядерные силы преобладают, протоны и нейтроны образуют прочное ядро атома, имеющее положительный заряд, равный сумме зарядов протонов, находящихся в ядре. Этот положительный заряд, в свою очередь, уравновешивается в атоме электронами, окутывающими ядро. Ядерные силы притяжения у значительного количества атомов химических элементов несколько больше электрических сил отталкивания. Чтобы представить себе величину сил отталкивания, приведем следующий пример. Если бы протоны в атомном ядре пришлось удерживать при помощи не ядерных, а каких-то других сил, то электрическим силам отталкивания для скрепления протонов в ядрах атомов, содержащихся в кубическом миллиметре воздуха, пришлось бы противопоставить чудовищную по величине силу давления порядка 100 000 000 000 000 тонн. Так велики ядерные силы притяжения. От этого необычайна и • прочность атомных ядер. Не трудно представить, какую энергию можно освободить, если-тем или иным способом нарушить равновесие сил в атомных ядрах. ЧУДЕСНЫЙ АТОМ —УГЛЕРОД В растительном мире вырастают деревья-великаны, достигающие высоты 150 и более метров, имеющие в поперечнике свыше 10 метров. В одном таком дереве больше материала, чем требуется на постройку двухэтажного деревянного дома. Главным материалом при создании таких великанов является углерод. Каждое растение — это, образно говоря, маленькая «химическая фабрика». В ее «цехах» ежедневно выраба- 27
тываются белки, жиры, углеводы и другие сложные вещества. В этих процессах главенствующую роль играют углеродные атомы. На чем же основана поразительная активность этих атомов? Лишь после того, как стало известно, что атом состоит из центральной части — ядра и движущихся вокруг ядра электронов, наука объяснила загадочные дотоле силы химического сродства. Это электроны, вращаясь с огромной скоростью, обеспечивают химическое соединение атомов в молекулы, а молекул — в тела. Атомы, у которых наружная электронная оболочка мало «заселена» электронами, легко отдают свои одиночные электроны, оставаясь с внутренними оболочками, полностью заполненными электронами. Это — малоактивные химические элементы. Атомы, у которых во внешней оболочке нехватает всего нескольких электронов, наоборот, стремятся присоединить таковые, чтобы заполнить оболочку. Это — активные химические элементы. Химическая реакция — это стремление атомов окружить себя таким количеством электронов, которое обеспечивает им конечную химическую пассивность. Взгляните на таблицу Менделеева, и вы увидите, что углерод расположен в четвертой группе химических элементов. Его атомное ядро «одето» в два электронных слоя. В первом слое, ближнем к ядру, находится два электрона, а во втором, наружном, — лишь четыре из восьми возможных. Атом углерода может или отдавать имеющиеся у него четыре электрона, или присоединять еще четыре электрона. Поэтому говорят, что в химических соединениях углерод имеет или четыре отрицательные, или четыре положительные валентности \ Это и обусловливает высокую химическую активность атомов углерода. В крошечном «зернышке» — в атоме углерода теплится удивительная способность к дальнейшему развитию. Много миллионов лет назад, начав жизнь, полную чудесных превращений, углеродное «зерно» развилось на земном шаре в жизнь. 1 Валентность — число, показывающее, со сколькими атомами водорода может соединяться данный атом. Водород считается одновалентным атомом. 28
м ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ АТОМА ЧУДЕСА ХИМИИ пегие явления в окружающем нас мире есть результат движения электронов в атомах вещества. В движении их кроется разгадка магнетизма, химической связи и даже световых явлений. Это электроны обусловливают своей подвижностью красоту и многообразие природы. Познакомимся с энергией движения электронов. Вселенная представляет собой гигантскую химическую лабораторию, в которой непрерывно идут реакции между атомами и молекулами. Химическими реакциями объясняется созидание и разрушение веществ в природе. Но испокон веков эти превращения вещества происходили почти независимо от человека. Лишь в наши дни, когда ученые раскрыли сущность химического взаимодействия между атомами, преобразование вещества стало осуществляться в огромных масштабах на многочисленных фабриках и заводах. С этих пор наступила эра разумной корректировки и коренной переделки неживой природы. Азотом, этой «пищей растений», природа нерационально переполнила воздушный океан, но ни растительные, ни животные организмы не в состоянии усваивать азот непосредственно из воздуха. Теперь человек превращает атомы атмосферного азота в удобрения, что обеспечивает получение дополнительно миллионов центнеров сельскохозяйственных продуктов. 29
Атомы легчайшего металла алюминия «запрятаны» природой в глине. Добытые оттуда человеком, они идут на сооружение самолетов. Атомы кремния, в изобилии содержащиеся в песке, перерабатываются ныне в сотни ценнейших и разнообразных материалов, начиная от стеклянных тканей и кончая синтетическим каучуком. Мы уже не удивляемся теперь, когда слышим, что искусственный шелк вырабатывают механические «шелкопряды», а искусственная шерсть «растет» в химических аппаратах... Все перечисленные преобразования, все чудеса химии, когда одно сочетание атомов дает ароматическое вещество, другое — взрывает гору, третье — радует взор цветами радуги, четвертое — побеждает лихорадку, — словом, все химические превращения вещества зависят от электронов, стремительно вращающихся вокруг своего атомного ядра. Рассмотрим теперь более подробно механизм химического соединения атомов в молекулы. Каждый видел, как два разноименно заряженных тела притягиваются друг к другу. Но существует ли притяжение между телами нейтральными? Если к атому водорода приблизить второй атом водорода, то можно было бы ожидать, что между ними взаимодействия не произойдет, так как оба они нейтральны. На самом деле, сблизив атомы на расстояние, несколько меньшее, чем диаметр атома, мы заставляем их взаимодействовать. И как только электрон одного атома водорода будет пересекать сферу движения электрона другого атома, он может оказаться под влиянием притяжения ядра этого другогб атома и, вместо того чтобы вращаться вокруг своего протона, опишет кривую вокруг соседнего. Получается химическое соединение двух атомов водорода в молекулу водорода. При образовании молекулы из двух атомов водорода оба протона объединяют электроны, благодаря чему их, теперь уже общая, электронная оболочка становится заполненной, как у гелия. Этим и объясняется химическая пассивность молекул водорода. Точно таким же образом, объединяя свои электроны, соединяются в молекулу два атома хлора. 30
ИОННОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ -е-—^, ■ЭЛЕКТРОНЫ^-' АТОМНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ электроны - АТОМ КИСЛОРОДА АТОМ УГЛЕРОДА ядроатокд ВЕЩЕСТВА ПОЛУЧЕНЫ ПРИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМрг/гшоа _Г^=*^-, ЕСТЕСТВЕННЫМ ПУТЕМ РУДА УГОЛЬ На рисунке справа — схема ионного химического соединения атомов натрия (Na) и хлора (С1) в молекулу поваренной соли. Слева — атомное химическое соединение атома углерода с двумя атомами кислорода в молекулу углекислого газа. Пример атомного химического соединения — горение угля в печи. Внизу — вещества, полученные при химических реакциях в природе и искусственным путем. Химическое соединение атомов в молекулы происходит в результате обмена электронов. И в зависимости от характера этого обмена различают два типа химической связи. Первый — так называемый ионный, когда один атом «заимствует» электроны у другого, и второй — атомный, когда оба атома «обобщают» часть своих электронов. Заряженные частицы, образованные из атомов или из атомных групп и лишенные некоторого количества электронов, названы ионами. Познакомимся с ионным типом связи. Возьмем, например, атом металла натрия и атом газа хлора. В наружном электронном слое у натрия один, а у хлора семь электронов. Электрон натрия легко переходит к хлору,, доукомплектовывая его слой до восьми электронов. Оба атома при этом приобретают электрический заряд: нат- 31
рий — положительный, так как после потери электрона у него освободился положительный заряд протона в ядре, а хлор — отрицательный, потому что у него появился лишний электрон. Атомы, став разнозаряженными ионами, начинают притягиваться друг к другу. И мы являемся свидетелями одного из чудес химии, когда металл и ядовитый газ превращаются в кристаллы пищевого продукта — столовой соли. Точно так же и атом кальция, имеющий два внешних электрона, отдает их двум атомам хлора, у каждого из которых нехватает до полной внешней оболочки по одному электрону, образуя молекулу хлористого кальция. Атомы могут и «обобщать» электроны. Это уже второй — атомный тип связи. Например, при горении каменного угля видимое вещество черного камня обрастает сначала языками пламени, а затем как бы исчезает. Происходит химическое соединение атома углерода с двумя атомами кислорода (углекислый газ). В результате такого соединения все 16 наружных электронов трех атомов образуют две устойчивые орбиты по 8 электронов за счет их «обобщения». То же наблюдается и при образовании молекулы воды, когда все 8 наружных электронов трех атомов, «обобщаясь», образуют одну устойчивую орбиту. Почему же одни атомы «заимствуют», а другие «обобщают» электроны? В каждом электронном слое, как мы уже знаем, количество электронов не может превышать определенного числа. Так, например, в первом слое не может быть больше двух электронов, во втором — больше восьми и т. д. Вот почему атом гелия, имеющий два электрона, а неон, аргон, криптон и др. — по восемь электронов, неспособны ни отдавать, ни принимать электроны. Они химически пассивны. Потому-то их и причисляют к «благородным» газам. Совсем по-иному обстоит дело с атомами, у которых наружный слой мало «заселен». Такие атомы, как мы уже говорили, легко отдают свои одиночные электроны, оставаясь с внутренним, полностью заполненным электронами слоем. И наоборот, атомы, у которых нехватает во внешнем слое нескольких электронов, стремятся присоединить их, чтобы полностью заполнить ими этот слой. Таким образом, химическое соединение можно рассматри- 32
Элементы, принадлежащие к одному периоду таблицы Менделеева, имеют одинаковое количество электронных слоев, например литий, бериллий, бор, фтор и другие. Принадлежность элемента к той или иной группе таблицы Менделеева указывает на количество электронов на наружной оболочке, например, у лития — один, у бериллия их два, у бора — три, у фтора — семь. вать, как стремление атомов окружить себя таким количеством электронов, которое обеспечивает этим атомам химическую нейтральность. Различное участие электронов в химической связи по- разному отражается и на ряде свойств образующихся соединений. В том случае, когда электроны создают ионную связь, молекулы полученного соединения обладают способностью хорошо проводить электрический ток. Когда же в химическом соединении произошло «обобщение» электронов, то новое химическое соединение неэлек- тропроводно. Вещества, образовавшиеся при ионном соединении атомов, обладают более высокими температурами кипения. Они имеют повышенную температуру плавления, а также отличаются лучшей растворимостью. При помощи электронной теории удалось также дать объяснение таким понятиям в химии, как окисление, горение и взрыв. А. Буянов 33
ОКИСЛЕНИЕ, ГОРЕНИЕ, ВЗРЫВ Кто не любовался огоньком свечи? Знойное дыхание горящего фитиля вырывает из расплавленного воска газы. Раскаленное облачко этих газов, соединяясь с кислородом воздуха, рождает жар, добела накаливающий частицы углерода, отчего все облачко начинает светиться, распыляя в темное пространство комнаты углекислый газ и водяные пары. Когда-то в жилище человека расцвел самый роскошный цветок, какой только могла родить природа, — огонь. С тех пор он — спутник человека. Его воспевали поэты, о нем писали трактаты ученые. Однако сущность процесса горения стала ясной сравнительно совсем недавно. Оказалось, что и слабо мерцающая свеча, и ослепительная вспышка магния, и взрыв, в куски разносящий гору, — все это качественно одинаковые и лишь количественно различные процессы. Энергия этих процессов зависит от работы электронов. Вспышка магния, которую часто приходится наблюдать любителям фотографирования, есть очень быстрая химическая реакция соединения атомов магния с атомами кислорода. Реакция происходит в результате перескока электронов от атомов магния к атомам кислорода. Атом магния имеет на наружной орбите два электрона. Когда они переходят к атому кислорода, образуются положительный ион магния и отрицательный ион кислорода, соединяющиеся в молекулу окиси магния. В химии такая реакция называется окислением. Это — переход электронов от окисляемого вещества к атому кислорода. Таким образом, с точки зрения электронной теории, окислением называется всякий процесс, когда окисляющееся вещество теряет электроны. Процесс же восстановления есть обратный процесс — присоединение электронов восстанавливающимся веществом. Рассмотрим теперь реакцию взрыва. Взрыв черного пороха — необычайно быстрая химическая реакция между селитрой, углем и серой. В результате взрыва получаются углекислый газ, окись углерода, азот и другие продукты реакции. Образующиеся при взрыве газообразные частицы приобретают очень большие скорости движения, вслед- 34
мои лития! Гиои фтора! На рисунке слева — схема строения атома фтора (F) — сильного окислителя. Справа — процесс окисления атома лития (Li) фтором, при котором образуется ион фтора и ион лития. ствие чего повышается температура. В то же время моментальный переход большого количества вещества из твердого состояния в газообразное увеличивает давление. Температура и давление, в свою очередь, ускоряют течение химической реакции. Когда скорость химической реакции (измеряемой обычно по скорости горения испытываемого вещества в специальном шнуре) достигает миллиметра или долей миллиметра в секунду, такая реакция носит название быстрого горения. Она подобна горению магния. Если скорость реакции достигает сотен метров в секунду, то это—взрыв. Химические превращения, протекающие со скоростью нескольких тысяч метров в секунду, представляют собой явление детонации. ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Вращающийся электрон незримо работает во множестве разнообразных процессов, протекающих в природе, в аппаратах химических заводов, в котельных электрических станций и в печах металлургических предприятий. В современной технике тепло, получаемое при сжигании топлива, широко используется для выработки элек- 3* 35>
трической энергии. Но для того, чтобы превратить энергию «прыжков» электронов, совершаемых в топках, в энергию движения электронов в проводах, то есть в электрический ток, мы вынуждены пользоваться такими посредниками, как вода, паровые котлы, турбины и генераторы. Нужны ли эти посредники? Может быть, есть другой путь, позволяющий прямо превратить химическую энергию топлива в электрическую? В реакции горения участвуют атомы и молекулы, несущие электрические заряды. При химическом соединении этих заряженных частиц происходит «короткое замыкание», сопровождающееся выделением тепла. Если бы удалось в результате химического соединения кислорода с углеродом или горючим газом непосредственно извлечь из этой реакции электрическую энергию, то задача была бы решена. Возможно ли это? Советские ученые ответили: «ДаЬ По этому принципу может быть построен новый, так называемый топливный элемент. На положительно заряженном электроде — аноде такого элемента топливо разделяется на молекулы и атомы, а на катоде (отрицательно заряженном электроде) они «сжигаются», то есть производится их соединение с кислородом. Образующуюся при этом электрическую энергию можно «снимать» и использовать. Топливные элементы мбгли бы существенно изменить облик имеющихся теплоэнергетических станций. Вместо грандиозных сооружений появятся небольшие энергетические станции, где в процессе «горения» атомы отдадут свои электроны в сеть, и ручейки этих электронов, сливаясь в «реки» электрического тока, потекут к потребителям. СЕКРЕТЫ МАГНЕТИЗМА Много легенд было создано в древности о магнитной силе. В них рассказывается, как магнитная сила вырывала железные гвозди из корпуса деревянного корабля или приковывала корабль к скалам, где волны моря разбивали его в щепки. Эти легенды отражают страх древних людей перед необъяснимыми, как им казалось, явлениями природы. 36
Магнитные силы, покорявшие когда-то воображение человека, люди научились использовать. Около 3 000 лет назад в Китае были построены дорожные колесницы. «На этих колесницах, — свидетельствуют летописцы, — находилась фигурка, вытянутая рука которой указывала на юг. Как бы ни поворачивалась и ни разворачивалась колесница, рука неизменно продолжала указывать на юг». Это был прообраз современного компаса. Намагниченная стрелка и сейчас верно служит человеку, указывая своим дрожащим «пальцем» на север. Она не прекращает это делать в безоблачных высях и в глубинах моря. С нею уходят в плавание моряки. Она — непременный спутник путешественников. С нее не сводит глаз и физик, изучающий магнитные явления. Современная техника широко использует явления магнетизма. Магнитные силы мощных электрических кранов, словно мускулы великанов, помогают удерживать и переносить огромные по своей тяжести железные предметы. Используя магнитные силы, хирург выполняет сейчас очень сложные, тонкие операции — удаляет стальные осколки из глаза. Эти же силы действуют и в заливающемся трелью электрическом звонке, и в стрекочущем телеграфном аппарате, и в телефоне, при помощи которого разговаривают люди, находящиеся друг от друга за тысячи километров. Незримые магнитные силы в генераторах электростанций участвуют в рождении электрического тока. Первопричиной, рождающей магнитные силы, являются опять-таки электроны. Современные ученые раскрыли строение отдельных атомов, фотографируют их мельчайшие детали, и все- таки до сих пор мы восхищаемся тем, как ученые узнали, что магнетизм рождается электронами. Наш соотечественник — известный физик А. Ф. Иоффе еще в 1912 году своими опытами доказал, что электроны, летящие прямолинейно с большой скоростью, создают вокруг себя магнитное поле. Отсюда можно было сделать вывод, что те же электроны при своем движении вокруг атомного ядра также должны создавать магнитное поле, обусловленное тем, что орбита электрона пред- 37
На энергии вращения электронов вокруг атомного ядра и вокруг собственной оси основаны действия постоянного магнита, являющегося частью реле, репродуктора, компаса, телефона и многих других приборов и аппаратов. ставляет собой путь, по которому движется электрический заряд. Но магнитное действие электрона зависит не только от его вращения вокруг ядра. Электрон обращается и вокруг своей оси. Это вращение также служит источником возникновения магнитных действий. Поэтому говорят, что электрон обладает своим собственным магнитным моментом. Академики А. Ф. Иоффе и П. Л. Капица оригинальным опытом доказали, что электроны, принадлежащие атомам, вращаются еще и вокруг собственной оси. Представьте себе подвешенный на нитке сосуд, в котором кружится несколько волчков, причем оси их параллельны друг другу. Законы механики гласят, что как только параллельность вращающихся волчков почему- либо нарушится, висящий сосуд должен будет повернуться. Этот давно известный факт советские ученые и использовали для доказательства вращения электрона вокруг своей оси. Они взяли стерженек, сделанный из намагниченного материала, и подвесили его на ниточке, предполагая, что вращающиеся в нем электроны будут вести себя подобно упомянутым выше волчкам в сосуде, так как оси вращения у них параллельны. Затем, не 38
касаясь стерженька, быстро нагрели его до температуры, при которой у него пропадает магнетизм. При этом оси вращения электронов должны были расположиться хаотично. И действительно, ученые обнаружили, что подвешенный стерженек начал закручивать нить. Таким образом было доказано, что электроны, обращающиеся по орбитам вокруг атомов и волчкообразно вращающиеся вокруг своей оси, имеют собственные магнитные моменты, то есть ведут себя подобно крошечным элементарным магнитикам. Магнитное поле атома в целом может быть усилено или ослаблено, в зависимости от того, как ориентированы в общем направлении магнитные моменты отдельных электронов. Если направление большинства из них будет параллельно и однонаправленно, то магнитные моменты будут складываться. При встречном- же направлении1 магнитные моменты, наоборот, компенсируют друг друга, вследствие чего магнитное поле у атома будет уменьшаться или вовсе отсутствовать. Магнитные свойства вещества зависят в основном от магнитных моментов электронов и, как выяснилось, даже не всех электронов, а только некоторых. Магнитное поле в атоме создается и атомным ядром; его порождает движение протонов и нейтронов. Однако ядерное магнитное поле в тысячи раз слабее электронного. Все вещества—твердые, жидкие и газообразные — являются магнитными. Одни из них, подобно железу, сильно притягиваются электромагнитом. Это — так называемые ферромагнетики. Другие, как, например, алюминий, притягиваются в миллионы раз слабее железа. Это— так называемые парамагнетики. И, наконец, есть такие вещества, как висмут, которые не только не притягиваются, но даже отталкиваются от электромагнита, словно это вещество намагничено «наоборот». Их называют диа- магнетиками. Диамагнетные свойства присущи атомам, не обладающим собственным магнитным моментом. Попав в магнитное поле и начав под его воздействием быстро вращаться, эти атомы приобретают магнитные свойства. Однако образующийся при этом у атомов магнитный момент ориентирован таким образом, что между атомом и намаг- 39
нитившим его внешним полем возникают силы отталкивания. На магнетизм атомов существенным образом влияет температура. При температуре, близкой к абсолютному нулю, способность парамагнитных тел намагничиваться становится примерно такой же, как и у ферромагнитных веществ при комнатной температуре. Ферромагнитные тела с понижением температуры также увеличивают свою способность к намагничиванию. При повышении температуры способность ферромагнитных веществ к намагничиванию постепенно уменьшается. Однако у железа при температуре в 768 градусов происходит резкий скачок. Оно из ферромагнитного сразу превращается в парамагнитное. Электроны в атомах, в зависимости от их расположения на тех или иных оболочках, находятся на разных энергетических уровнях. Чем на более далекой орбите вращается электрон, тем выше его энергетический уровень. Вращающиеся электроны порождают магнетизм. Эти же электроны при переходе с высшего энергетического уровня на низший рождают свет. РОЖДЕНИЕ СВЕТА Когда в вечернем небе начинают появляться звезды, то на Земле одна за другой вспыхивает масса новых «звезд». Не в пример расточительному Солнцу, эти «звезды» обеспечивают свет только там, где он нужен. Это человек заставляет атомы излучать свет в виде отдельных порций — квантов. Энергия, которую несет квант света, ничтожно мала. Но в мире атома квант — большая величина. Энергией одного кванта, например, можно было бы атом натрия забросить на высоту до 900 километров. Кванты света (их называют также фотонами) рождаются после того, как электроны атомов, поглотивших энергию извне, перешли на высший энергетический уро-. вень, и, спустя ничтожно малое время, снова возвратились на низший уровень. От одного только смещения электрона в атоме пылают вольтовы дуги и излучают сияние нити электрических ламп. 40
Все виды многообразных излучений фотонов, будь та светящийся циферблат часов или сияние раскаленного металла, мягкий свет ламп дневного света или «фонарики» глубоководных рыб,— рождаются движением электронов. Рождение фотонов происходит после воздействия на атомы вещества различных видов энергии. Так, электрическая энергия обеспечивает нам электрический свет, тепловая знакома по сиянию раскаленного тела, химическая изумляет холодным свечением растительных и животных организмов. Во всех случаях энергия, поглощенная атомами, передается электронам и затем освобождается с излучением фотонов света. С принципом рождения света мы можем познакомиться на следующем примере. Несмотря на присутствие вращающихся электронов, «жизнь» атома В результате «путешествия» электрона с более высокого энергетического уровня на низший, излучается квант энергии (фотон). Фотонами можно просвечивать металл. Они испускаются светящимся циферблатом часов, ряскадрн- ной нитью электрической лампы, лампами дневного света, «фонариками» глубоководных рыб, расплавленным металлом.
протекает сравнительно спокойно. Однако первое же «столкновение» атома с квантом энергии, полученным извне, нарушает это спокойствие. Атом различно реагирует на «удары» квантов разной энергии. Чем мощнее квант, тем дальше совершает свой «прыжок» электрон, а отсюда — тем больше частота и, соответственно этому, меньше длина волны излучаемого света. Энергии кванта, не превышающей одного электрон- вольта х, достаточно для такого повышения колебания частиц в атоме, которое порождает тепло, то есть фотоны инфракрасного света. Если квант обладает энергией в несколько электрон- вольт, то при его воздействии на атом один из наружных электронов делает «прыжок», пытаясь совсем оторваться от атомного ядра. Но атом крепко удерживает электрон, и электрон, возвращаясь на старое место, «выбрасывает» не помогшую ему освободиться энергию в виде фотона видимого света. Бывает и так, что электрон не сразу вернется «домой», а сначала «погостит» миллионную долю секунды где-то на пути. В таком случае вместо одного фотона одной длины волны он «выбросит» два фотона разной длины волны. В зависимости от того, с какого энергетического уровня и на какой «путешествует» электрон, он освббождает фотон, могущий быть лучом красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего цвета или совсем невидимым глазу. ПОКОРЕННЫЙ ЭЛЕКТРОН Электричество выполняет сейчас много работ по воле человека. Легкий нажим кнопки — и отделившаяся от сети небольшая порция электронов «оживляет» электрический звонок. Один поворот выключателя — и темнота в ком- 1 Э л е к т р о н-в о л ь т — энергия, которую приобретает заряженная частица — электрон, проходя ускоряющую ее движение разность потенциалов в 1 вольт. 42
ни|°г5^2 ЛОШАДЕЙ в Т£ЧЕ, -' --"*%» то^нъГ?^^^^Щ 1 МГВТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ £ЧИ6АЕ ПОЛУЧЕНИЕ ОВА8ОЧНОЙ "ПРОДУКЦИИ; Миллион ватт (мегаватт) электрической мощности обеспечивает экономию труда сотен рабочих и позволяет получать добавочную продукцию в народном хозяйстве.
НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕК КОГО ТОКА, ДВИЖЕНИЕ ЗЛЕК», ТРОНОВ В ПРОВОД НИКЕ На рисунке справа — схема движения электронов в тгроводнике» Энергия этих электронов дает свет, закаляет сталь, кипятит воду» нагревает утюги, плитки. Электрический ток широко используется теперь для целей заводского, городского и железнодорожного транспорта. нате немедленно сменяется ярким электрическим светом. Электричество закаляет сталь, кипятит воду, нагревает утюги и плитки, то есть выполняет работу, которую раньше делал огонь. Электрический ток — это движение электронов по проводникам. Электронные «реки» непрерывно текут по электрическим проводам, давая свет, тепло и энергию городам и селам, фабрикам, заводам и МТС. Но электроны могут течь и без проводов. Хоть и крепко атомное ядро удерживает электроны,, а оторвать их все-таки можно. Делали это люди еще в давно прошедшие времена. Натирая янтарь шерстяной тканью, они, сами не зная того, «сдирали» с атомов- окаменевшей смолы электроны, отчего поверхность янтаря приобретала положительный заряд электричества и начинала притягивать легкие тела — пушинки ш перышки. 44
Примеры преобразования электрической энергии в световую (лампа), химическую (элементы), звуковую (звонок), электромагнитную (рентген, электромагнит и радио), механическую (электротранспорт) и в тепловую (сварка). В наши дни несметные количества оторванных от ядер я управляемых силовыми полями электронов выполняют огромную работу. Электроны, отделенные от ядра ударами других электронов, расцвечивают во все цвета радуги газ в газосветных лампах. Электроны, отнятые от атомов при помощи света, выполняют разнообразную работу в чудесном приборе, называемом фотоэлементом. А электроны, оторванные от атомов и управляемые при помощи электрического и магнитного полей, обогатили нашу жизнь всевозможными радиоприборами, позволяющими видеть, слышать и разговаривать на расстоянии. Оторвать электрон от металла теплом и светом легко, но для сообщения ему дальнейшего движения нужны какие-то силы. Одним из блестящих достижений современной науки является использование сил электрического й магнитного полей для управления движением электро- 45
нов. Управляемые силовыми полями электроны позволили* послать на Луну первых посланцев^ человека — радиоволны — и принять их после отражения от Луны и возвращения обратно на Землю. СИЛОВЫЕ ПОЛЯ Чудесно устроен наш космический корабль — Земля. Без колес и без крыльев, тише бесшумно скользящей по воде лодки несется эта громадная масса вещества по океану Вселенной со скоростью около 30 километров в секунду. Ни двигателя, приводящего в движение, ни горючего у нашего корабля нет. Незримые силовые поля — вот что управляет движением в космических просторах, всех тел, от ничтожно малого электрона, вращающегося вокруг своего ядра, до колоссальных звездных галактик. Любое тело представляет собой сложную энергетическую систему, и от него в пространство простираются невидимые силовые «лучи» или «линии», которые иначе- можно представить в виде частиц (гравитонов, фотонов, мезонов), излучаемых этими телами. В поле всемирного тяготения кроется причина, порождающая круговое движение планет. Электрон, двигаясь, становится первопричиной появления вокруг него магнитного поля, а сам заряд электрона, как и любой другой заряд, является центром электрического поля. О величине сил этого поля можно получить представление из следующего сравнения. На снаряд, вылетающий из ствола орудия, как известно, действуют силы давления расширяющихся пороховых газов, равные примерно 10 килограммам на каждый грамм веса снаряда. Они сообщают данному снаряду скорость примерно 1 000 метров в секунду. Если же сравнить эти силы с силой электрического поля, удерживающей вращающийся электрон у ядра атома, то невольно изумишься величине сил, действующих между атомными частицами. Движением мельчайших частиц материального мира, заключенных в ядре атома, управляют особые, не электрические — ядерные силы. Силе всемирного тяготение подчинено любое вещество. В звездах этим силам проти- 46
вопоставлено излучение. Оно мешает веществу cry- солнце ститься в один комок, который мог бы достигнуть плотности, в 116 миллиардов раз большей, чем вода. Бурные электромагнитные волны, родящиеся в недрах звезд и катящиеся наружу, мешают такому сгущению. В обычных случаях движение излучения неощутимо мало. Возьмем, к примеру, волны света — фотоны, посылаемые Солнцем. Достигая поверхности Земли, лучи солнечного света давят на нее с силой 0,3 миллиграмма на квадратный М^ТР- Элементарными частицами сило- Отталкивающая сила Вых полей считают для поля все- солнечных лучей на осве- мирного тяготения—гравитон, для щенной поверхности зем- электромагнитного поля —фотон, ного шара составляет все- а для ядерного поля~мезон- го лишь 60 тысяч тонн. Но в недрах звезд, где господствуют фантастические температуры, измеряемые миллионами градусов, рождается излучение такой мощности, что давление этого излучения колоссально. Ведь отталкивающая сила излучения зависит от энергии данного излучения. Если бы, например, температура поверхности Солнца внезапно возросла в тысячу раз по сравнению с существующей, то отталкивающая сила излучения стала бы настолько большой, что планеты солнечной системы были бы отброшены от Солнца, словно футбольные мячи при сильном ударе. Все тела во Вселенной, будь то планеты или частицы атома, находясь в постоянном движении, окружены силовыми полями, благодаря которым они и взаимодействуют между собой. Положительный заряд протона создает электрическое 47
сюле, способное притягивать отрицательно заряженные электроны, а отрицательный заряд электрона, наоборот, образует электрическое поле, притягивающее положительно заряженные протоны. Силы притяжения электрических полей обеспечивают появление нового качественного образования — электрически взаимно уравновешенного атома. Направление действия сил в силовом поле всегда упорядочено. Так, например, в поле всемирного тяготения все тела, как заряженные, так и нейтральные, притягиваются к центру массы системы. Магнитное поле рождается только вокруг движущихся зарядов, а его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды. В магнитном поле, так же как и в электрическом, силовые липши имеют направление от одного полюса или заряда к другому. При этом одноименные полюсы тел отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы ядерного поля — короткодействующие силы. Они действуют на расстоянии чуть больше диаметра ядра легчайшего атома—водорода. Эти силы одинаково крепко связывают в ядре как положительно заряженные частицы — протоны, так и не имеющие зарядов ядерные частицы — нейтроны. Если какое-либо движущееся тело попадает в сферу действия силовых линий поля, то при совпадении направления его движения с направлением действующих сил На цветном рисунке художник изобразил схему перемещения электронов в атоме и соответственно этому, появление спектра. Слева — луч света, проходя через трехгранную призму, дает обыкновенный, сплошной спектр (спектр излучения). Но вот, на пути луча появились атомы водорода (орбиты электронов у них обозначены белыми пунктирными линиями). Электроны водородных атомов, поглощая, допустим, кванты красного света, дают в спектре темную линию. От того, кванты какого света поглотили электроны, зависит расположение темных линий в спектре (спектр поглощения). В нижней части рисунка — схема перемещения электронов т атоме водорода и соответствующее им излучение квантов того или иного света. Справа на верхнем рисунке показан спектр солнечного света. В середине — спектр излучения натрия. Внизу — спектральный анализ стали. 48
ДСИТЕРОН —<ЭШ) ПРОТОН НЕЙТРОН К1/ Силовые поля. 1 Поле тяготения — различные проявления силы тяготения в природе. 2. Электрическое поле — некоторые виды проявления сил электрического поля. 3. Магнитное поле — различные проявления сил магнитного поля. 4. Электромагнитное п о л е — некоторые виды использования сил электромагнитного поля. 5. Ядерное поле проявляется в ядерных реакциях. 4 А. Буянов
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ АТОМА ЭНЕРГИЯ АТОМНОГО ЯДРА Реакция соединения двух атомов водорода в молекулу водорода сопровождается выделением энергии, равной 4,5 электрон-вольт» А соединение протона и нейтрона в ядро атома тяжелого водорода сопровождается выделением энергии, соответствующей 2100 000 электрон-вольт. скорость тела возрастает, то есть кинетическая * энергия увеличивается. При противоположном направлении скорость движения тела уменьшается, но зато при таком движении будет увеличиваться потенциальная энергия тела. До недавнего времени человечество пользовалось лишь поверхностной энергией атомов—энергией электронов. Сюда, как мы уже знаем, кроме химической, относится световая, магнитная и электрическая энергия. Сейчас наступила новая энергетическая эра — эра использования глубинной энергии атома — энергии атомного ядра. 1 Кинетическая энергия — энергия движущегося тела, энергия движения, в отличие от потенциальной энергии — энергии, обусловленной взаимным расположением тел. Такова, например, энергия поднятого тела, сообщенная ему работой при преодолении силы притяжения этого тела к земле.
о ЭНЕРГИЯ АТОМНОГО ЯДРА ЗАПАСЫ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА бычное топливо испокон веков служит людям источником тепловой энергии. Но лишь сравнительно недавно тепловую энергию научились переводить в механическую и» электрическую, Ядерное топливо — металл уран (его окислы) — тоже более столетия служило человеку как сырье в производстве красок. Однако совсем недавно было обнаружено, что тот сахмый уран, из которого делали желтую краску для стекла и черную краску для живописи по фарфору, является источником атомной энергии. Расход топлива на земном шаре ежегодно пополняется растениями, а расход урана уже не пополнишь. Наличие его в земной коре ограничено, да к тому же он! самопроизвольно разрушается. Из всех радиоактивных элементов, имеющихся в природе, уран распадается наиболее медленно. Только благодаря этому, как мы увидим дальше, люди и смогли воспользоваться атомной энергией. Что же будет, когда запасы урана иссякнут? Может быть, вместе с последней тонной урановой руды навсегда будет потеряна возможность постоянно пользоваться атомной энергией? Нет, этого не случится! Природа поселила нас на земном шаре, где многие частицы вещества представляют собой склад невообразимо большого количества энергии. Если люди когда-нибудь научатся освобождать всю атм- ную энергию из какого-либо распространенного в природе вещества, тогда каждый грамм его сможет быть превращен в источник такой энергии, которую можно получить при сжигании примерно 2,7 тысячи тонн антрацита, 4* £1
t,99999999565rC02 Энергия, получаемая при сжигании угля, является по существу очень небольшой частью атомной энергии. Это всего лишь часть энергии электронов атома. При химическом соединении 12 граммов углерода (С) и 32 граммов кислорода (О) получается не 44 грамма углекислого газа (ССЬ), а 43,99999999565 грамма. Остальная масса, равная 4,35 • 10-9 грамма, превратилась в массу фотонов, эквивалентную выделенной энергии (94 больших калории). то есть 25 миллионов киловатт-часов электрической энергии. Ежедневно на какую- либо крупную теплоэлек- трическую станцию подают поездами топливо, а ведь там же во дворе могут лежать, допустим, никому не нужные куски минерала, в атомах которого сконцентрировано столько энергии, сколько данная ТЭЦ не выработает и за десятилетие. Надо лишь найти способ извлечь эту энергию. Методом сжигания энергия далеко не полно извлекается из вещества, в котором ее содержится в миллионы раз больше. Где же скрыта эта энергия? Сжигая топливо, мы за счет химической энергии вещества получаем свет и тепло; при этом претерпевают изменения только молекулы, входящие в состав данного топлива, а атомы, составляющие молекулы, не разрушаются. Совсем иное получается при извлечении атомной энергии из урана. Его атомы раскалываются примерно на две равные части и осколки, в свою очередь являющиеся атомами других веществ, за счет высвобождаемой внутриатомной энергии урана разбрасываются с огромными скоростями. Химическая реакция, то есть изменение молекул при горении или взрыве, поднимает температуру вещества до 4—5 тысяч градусов. Реакция же, связанная с измене- 52
нием атомов, может при некоторых благоприятных условиях развить температуру в сотни миллионов градусов. Рассмотрим, почему так велика внутриатомная энергия. Ученые давно уже установили, что чем больше масса вещества, тем больше связанная с ней энергия. Только доступ к сверхконцентрированной, ядерной энергии оказался очень трудным. Электрон-вольт — единица измерения энергии, принятая в са положительных зарядов — протонов — уплотнена необычайно сильно. Масса отрицательных атомной и ядерной физике. Эта зарядов в атомах — элек- энергия создается при движении тронов —имеет очень ма- электРона в электрическом поле с г разностью потенциалов в 1 вольт лую ПЛОТНОСТЬ, зато мае- (слева). Энергией одного электрон-вольта (leV) можно нагреть 23 литра воды с начальной температурой 0 градусов на 1 градус. Такова же плотность и нейтральных частиц — нейтронов, находящихся в атомных ядрах. О том, как велика масса ядерного вещества, говорит следующий пример. Если мы представим себе весы, на одну чашку которых можно положить кусочек ядерного вещества величиною всего лишь в один кубический сантиметр, тогда на другую, чтобы уравновесить весы, пришлось бы устанавливать тысячи полногрузных поездов. Нетрудно заключить, что энергия, связанная с массой ядерного вещества, будет огромна. Вокруг уплотненной материи атомного ядра, словно воздух вокруг Земли, размещена материя отрицательных зарядов — электронов. Электроны — это своеобразная атмосфера из отрицательных зарядов электричества, окутывающая ядра атомов. Их сравнительно легко можно оторвать от атома, но вырвать протон или нейтрон из атомного ядра чрезвычайно трудно. Вот почему ученым так долго не удавалось расщепить атом и использовать энергию, содержащуюся в его ядре. 53
АТОМЫ НЕ БЕССМЕРТНЫ Ядра атомов — своеобразные склады энергии. Об этом ученые знали еще до открытия способа использования энергии атомного ядра. В конце прошлого века польский ученый Мария Склодовская-Кюри вместе со своим мужем французским физиком Пьером Кюри открыли химический элемент радий. Этот металл самопроизвольно распадается, непрерывно испуская в окружающее пространство электроны (бета-лучи), гелионы (альфа-частицы, представляющие собой ядра атомов гелия) и, кроме того, гамма-лучи (лучи, подобные рентгеновским, только с меньшей длиной волны). На интенсивность излучения радия не влияет ни нагревание его, ни охлаждение до температуры жидкого воздуха, ни высокое давление, ни вакуум (сильно разреженный воздух). Радиоактивное излучение — это только некоторая часть энергии атомного ядра. Ежесекундно из грамма радия выбрасывается 37 миллиардов альфа-частиц. Но это своеобразное извержение энергии невелико по концентрации, так как в секунду распадется всего лишь один атом из каждых 72 миллиардов имеющихся в наличии. Шесть суток потребовалось бы накапливать энергию, излучаемую граммом радия, чтобы нагреть ею до кипения стакан воды. Поэтому ядерная энергия, выделяющаяся при радиоактивном распаде, используется преимущественно для научных исследований и для лечебных целей. Замечательной особенностью каждого вида радиоактивных атомов является разная продолжительность их существования. Среди них есть такие, которые существуют ничтожные доли секунды. Продолжительность жизни других измеряется минутами, часами, днями. Но есть и такие радиоактивные атомы, которые остаются неизменными в течение многих тысячелетий. Продолжительность существования каждого вида радиоактивных атомов установлена опытным путем. Измеряется эта продолжительность временем, в течение которого имеющееся количество атомов уменьшается вдвое. В 1907 году, например, Парижский радиевый институт получил от Марии Склодовской-Кюри подарок — 1 грамм радия. За сорок с лишним лет, прошедших с 54
гех пор, вследствие радиоактивного распада, ее подарок уменьшился в весе на 20 миллиграммов. В 3497 году от грамма радия останется половина, а еще через 1590 лет — четверть грамма. Уран и торий — более долговечные радиоактивные элементы. Так, например, от грамма урана останется полграмма лишь через 4,5 миллиарда лет. Только благодаря этой долговечности урана и тория мы сумели поставить себе на службу энергию атомных ядер. Атомы радиоактивного урана через определенный промежуток времени самопроизвольно выбрасывают частицы, в результате чего атомные ядра становятся все меньше и меньше. Вместо урана образуются все более и более легкие элементы: сначала радий, потом радон, полоний и, наконец, свинец. Свинец не радиоактивен, на нем заканчивается превращение элементов, начинающееся с атомов урана. Атомы, оказывается, не бессмертны. В каждом атоме, как мы уже знаем, положительно заряженные протоны ядра удерживают в электронной оболочке соответствующее количество электронов. Если какими- либо силами, например нагреванием вещества, от электронной оболочки атома отрывается один или несколько электронов, то электроны ведут себя вне атома как отрицательно заряженные частицы (отрицательно заряженные ионы), а оставленные ими атомы — как положительно заряженные частицы (положительно заряженные ионы). Сильно ионизирующую способность проявляют радиоактивные вещества. Так, например, каждая выбрасываемая ими альфа-частица во время движения может разбить в воздухе на ионы около 100 тысяч молекул, хотя при этом она пролетает путь не длиннее 7 сантиметров. Бета-лучи обладают меньшей ионизирующей способностью, а гамма-лучи — еще меньшей. 55 ЯДРО РАДИЯ Радиоактивный распад ядра радия сопровождается выделением гелиона — ядра атома гелия, что приводит к образованию ядра атома другого элемента — радона.
Ионы — химически активные частицы. Когда ионы образуются в воздухе, то они, взаимодействуя с другими частицами, способны давать новые химические соединения. Хуже, когда под влиянием радиоактивных излучений ионы образуются в тканях живого организма. В таких случаях они оказывают вредное биологическое действие. Молекулы живых тканей, превращенные в ионы, вызывают в организме болезненные явления. Хотя бета- и гамма-лучи по сравнению с альфа-лучами обладают малой ионизирующей способностью, они, особенно гамма-лучи, проникают в живой организм на большую глубину, вследствие чего могут поражать важные внутренние органы. Организм человека и животных наделен природой замечательным свойством — самовосстанавливать незначительные повреждения тканей и органов. Концентрация энергии, выделяемой радиоактивными веществами, очень незначительна. Происходит это потому, что из миллиарда атомов радия, например, ежечасно распадается всего лишь пять атомов. Свыше полутора тьГсяч лет придется ждать, пока из миллиарда атомов радия распадется половина. Следовательно, ядра атомов радиоактивных веществ распадаются не все сразу и количество энергии, освобождающейся в единицу времени, сравнительно невелико. В 1934 году знаменитые французские ученые Фредерик Жолио-Кюри и его жена Ирен Кюри (дочь Марии Склодовской-Кюри) обогатили науку открытием искусственных радиоактивных веществ. Направляя поток альфа-частиц на алюминиевую пластинку, они обнаружили, что ядро атома гелия, попадая в ядро атома алюминия, соединяется с ним и образует ядро атома фосфора. При этом выделяется протон. Полученный таким путем фосфор радиоактивен. Он самопроизвольно распадается, превращаясь затем в кремний. Искусственная радиоактивность — открытие величайшей важности. Оно показало, что, помимо электронов, гелионов и гамма-лучей, которые излучаются природными радиоактивными атомами, можно получить и другие виды излучений от искусственных радиоактивных атомов. 56
ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ Английский ученый Резерфорд в 1919 году использовал энергию радиоактивного излучения для превращения одних химических элементов в другие. Альфа- частицами, выбрасываемыми распадающимися природными радиоактивными атомами, Резерфорд словно снарядами обстреливал атомы азота. Когда такой снаряд попадал в цель, то ядро атома азота соединялось с ядром атома гелия, образуя ядро нового атома — кислорода. В ядре атома азота было семь протонов и семь нейтронов. Влетевшая в это ядро альфа-частица добавила еще два протона и два нейтрона, а когда один из протонов потом оторвался от ядра, то оставшиеся восемь протонов и девять нейтронов образовали ядро новоп> химического элемента — изотопа кислорода. Таким же образом Резерфорд превратил алюминий в кремний. Открытие Резерфорда—огромное достижение науки. Однако энергии альфа-частиц, излучаемых природными радиоактивными веществами, оказалось далеко недостаточно, чтобы расколоть ядра атомов других, более тяжелых, чем азот, элементов. Энергия природного снаряда — альфа-частицы не превышает энергии, связывающей протоны и нейтроны в ядре других обстреливаемых атомов; следовательно, она не может порвать эту связь. Если в атомное ядро влетает такая частица, ее энергия распределяется между частицами ядра, и оно только «нагреется». Если же энергия проникшей в ядро частицы будет больше энергии связи протонов и нейтронов в ядре, тогда произойдет отрыв от него одной или нескольких частиц. , ОС-ЧАСТИЦА^ т и п ы п ш водоро тац в ЯДРО АТОМА 1 оТ^водорода^ YS ЯДРО АТОМА азота!'" ЯДРО ИЗОТОПА РО ИЗОТОПА КИСЛОРОДА^!) Превращение элементов. 57
Как же получить частицы, которые были бы наделены значительно^ большей.энергией, чем испускаемые природными радиоактивными атомами? В 1932 году советские ученые применили в СССР новые «снаряды» для разрушения атомных ядер. Это были не природные, а искусственные «снаряды» — протоны, которые в сильном электрическом поле разгонялись до огромных скоростей, то есть наделялись такой энергией, которая была значительно больше энергии связи частиц в ядре других атомов. Такими «снарядами» они обстреливали атомы лития. Ядро атома лития при попадании в него протона превратилось в два ядра атома гелия. Таким же путей алюминий был превращен ими в магний. Метод бомбардировки атомных ядер искусственными На рисунке изображена установка для создания , искусственных космических лучей, обладающих огромной энергией. В этой установке элементарные частицы (протоны, электроны и другие) разгоняются до таких скоростей, какие имеют частицы, низвергающиеся на нашу планету из космоса. 58
осмий 190,2 ИРИДИЙ 193,1 ' ПЛАТИНА 195,23 64 Ро Полоний 210 85 At АСТАТИН Rn 86 РАДОН 222 U 92 УРАН 238^07 NP 93 НЕПТУНИЙ Ри 94 ПЛУТОНИЙ Am 95 АМЕРИЦИЙ Cm 96 КЮРИЙ Создание новых элементов. «снарядами» позволил ученым выйти из зависимости от природы при изучении проблемы атомного ядра. Саморазрушения атомов природных радиоактивных веществ— очень редкое явление. Отсюда понятна ценность искусственных «снарядов», скорость их полета можно регулировать, а самое главное, поток частиц можно направлять на исследуемое вещество узким пучком, чего нельзя было сделать с альфа-частицами, излучаемыми радиоактивными элементами. В дальнейшем для превращения одних химических элементов в другие наука избрала именно этот путь — путь использования искусственных «снарядов». В короткий промежуток времени были изобретены атомные «пушки», так называемые циклотроны, синхротроны, фазотроны, синхрофазотроны, космотроны. В качестве «снарядов» ядерной артиллерии были применены электроны, протоны, дейтероны, нейтроны. При помощи искусственных «снарядов» получены были отсутствующие в земной коре химические элемен- ты — технеций, прометий, астатин. До этого клетки за №№ 43, 61 и 85 в периодической таблице Д. И. Менделеева пустовали. Искусственные «снаряды» позволили 59
расширить таблицу Менделеева, включив в нее новые, искусственно создаваемые, так называемые заурановые элементы: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берк- лий, калифорний, афиний, центурий. Самое же главное в применении искусственных «снарядов» — это то, что при помощи их удалось сделать возможным практическое использование ядерной энергии. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ Изучение природной и искусственной радиоактивности показало, что превращение элементов, связанное с изменением атомного ядра, сопровождается выделением огромного количества энергии. Так, например, грамм радия, превращаясь в свинец, дает энергию, равную той, которая получается при сжигании 0,5 тонны каменного угля. Но, как мы уже знаем, использовать энергию радиоактивности для приведения в движение станков и транспортных средств невозможно. Чересчур медлителен процесс распада радиоактивных атомов. Ученые, тем не менее, продолжали искать способы освобождения концентрированной ядерной энергии. Атомное ядро попрежнему было центром их внимания. Как уже указывалось выше, в ядре, кроме электрических сил отталкивания, существуют еще так называемые ядерные силы притяжения. Ядерные силы действуют на очень малом расстоянии. Радиус их действия равен примерно размерам одной ядерной частицы. На большом расстоянии ядерные силы почти исчезают. Действие же электрических сил распространится за пределы атома. В атомном ядре сконцентрировано примерно 99,95% всей массы, а следовательно, и энергии атома. Ядерные силы сгустили частицы атомного ядра до такой плотности, что если бы удалось получить кусочек ядерного вещества, то кубический сантиметр его весил бы 116 миллионов тонн. Легко представить, что если в атомном ядре будут нарушены ядерные силы, упрочняющие его, то электрические силы разбросают в разные стороны одинаково заряженные ядерные частицы. Необычайно плотное веще- 60
ство атомного ядра поведет себя при этом, словно сильно сжатый газ, вырвавшийся наружу из раскрытого сосуда. Но как нарушить ядерные силы, как освободить энергию, заключенную в атомном ядре? ВЗРЫВ АТОМА Попытка освободить ядерную энергию при помощи высоких температур столь же безнадежна, сколь невозможно расплавить металл теплотой дыхания. А попытка разрушить атомное ядро посредством большого давления обречена на такую же неудачу, какая постигает человека, пытающегося раздавить булыжник пальцем. Расщепление атомных ядер возможно лишь в результате нарушения внутриядерных сил, которое произойдет, например, при попадании в ядро атомного «снаряда». Для этого применяют или природные «снаряды», например альфа-частицы, выбрасываемые из атомных ядер радиоактивных веществ, или искусственные «снаряды» — протоны, нейтроны, дейтероны, электроны и другие частицы, которые в специальных устройствах наделяются огромной энергией, то есть большими скоростями движения. Советский ученый Я. И. Френкель предложил теорию, согласно которой атомное ядро следует рассматривать как каплю особой ядерной «жидкости». Обстоятельством, говорящим в пользу этой аналогии, является строго пропорциональная зависимость объема ядра от количества находящихся в нем частиц. И энергия связи, приходящаяся на одну частицу, в атомных ядрах от гелия до урана разнится на очень малую величину. Она не превышает 8,6 миллиона электрон-вольт. Это объясняется тем, что каждая ядерная частица взаимодействует лишь с окружающими ее «соседями». Если в атомное ядро влетает частица, энергия которой составляет меньше 8,6 миллиона электрон-вольт, то эта энергия распределится между частицами ядра, и оно «нагреется». Если энергия проникшей в ядро частицы будет больше 8,6 миллиона электрон-вольт, то кинетическая энер- 61
гия внутриядерных частиц превысит потенциальную, и энергетическая система ядра выравняется за счет «испарения» одной или нескольких частиц. Подобное «испарение» ядерных частиц и есть радиоактивность. Составляющие ядро частицы находятся в постоянном движении. Но вот в ядро влетает, допустим, альфа-частица, выброшенная другим радиоактивным веществом. Энергия такой частицы недостаточна для того, чтобы разрушить ядро и освободить хранящуюся в нем энергию. Энергия альфа-частицы растрачивается на повышение скорости движения протонов и нейтронов. Но допустим, что в ядро вторглась частица с энергией, примерно в 10 раз большей, чем у альфа-частицы. Такой «снаряд» уже легко раскалывает атомное ядро на части. Предположим, что мы ведем обстрел ядрами сверхтяжелого водорода. Снарядом служит тритий, состоящий из двух нейтронов и одного протона, он наделен энергией в 20—40 миллионов электрон-вольт. Им мы обстреливаем атомы сурьмы, ядра которых имеют 70 нейтронов и 51 протон. Каждое прямое попадание ядра трития в ядро сурьмы сопровождается вылетом из последнего четырех нейтронов. В ядре нового атома остается 68 нейтронов и 52 протона. По таблице Менделеева мы находим химический элемент с 52 протонами, — это изотоп теллура, соседа сурьмы справа. Наращиваем силу удара. Придаем «снарядам» энергию в 50 миллионов электрон-вольт и снова обстреливаем атомы сурьмы. При прямом попадании из атомного* ядра сурьмы вылетает уже пять нейтронов. Теперь вместо сурьмы образуется изотоп теллура, который на 52 протона имеет 67 нейтронов. При энергии в 100 миллионов электрон-вольт «снаряд» выбивает из ядра около 20 частичек, то есть способен снизить заряд ядра на несколько единиц. Не трудно догадаться, что существует какой-то предел энергии, когда попадание «снаряда» в атомное ядро произведет в нем такое увеличение скорости' движения частиц, что кинетическая энергия частиц в ядре намного превысит потенциальную, и все частицы, наделенные огромными скоростями, разлетятся в стороны. 62
Происходит «взрыв» ядра, а следовательно, и атома. Такой «взрыв» практически наблюдается при обстреле атомного ядра дейтеронами — ядрами атома тяжелого во- дорода, которые в атомной «пушке» наделены энергией, примерно в 50 раз большей, чем имеют альфа-частицы, выбрасываемые из радиоактивных атомов. Литий, например, при бомбардировке его протонами превращается в гелий, при этом каждые семь граммов лития и один грамм водорода, сое- диняясь, могли бы освободить столько энергии, сколько можно получить при сжигании 50 тонн каменного угля. Чем большую энергию несет атомный «снаряд», тем сильнее производит он разрушение атомного ядра. Однако «обстрел» ядер атомов На шкале воображаемого термо- й lOOOOOeV| 1 IDOOOeVl искусственными «снаряда- р р метра показано> Какой темпера- туре эквивалеНтна энергия в элек- Т ур р ми» тоже неэффективен, трон-вольтах. Так, например, од- Слишком мала мишень — ному электрон-вольту соответ- ствует т т' е- 1000° ядро, в которое требуется попасть. Практически из миллиона частиц, направленных для удара в ядро атома, производит разрушение только одна. Для полного разрушения семи граммов лития потребовалось бы несколько миллиардов лет. Поиски все более и более эффективных способов расщепления атомных ядер привели сначала к открытию
нейтрона, а затем и к использованию его в качестве «снаряда» ядерной артиллерии. Накопив опыт по превращению элементов, ученые скоро пришли к открытию незатухающей реакции, то есть такой ядерной реакции, которая, однажды начавшись, продолжается с непрерывно нарастающей скоростью, подобно тому, например, как это происходит с топливом или со взрывчатым веществом. Незатухающая реакция, приводящая к разрушению ядер атомов, протекает с химическими элементами: ураном 233, ураном 235 и плутонием 239. Энергия, освобождающаяся при взрыве атомного ядра, слагается из энергии необычайно быстро летящих ядерных осколков и из энергии, выделяющейся в виде лучей. Это один путь освобождения ядерной энергии — путь расщепления атомных ядер. Принцип реакции расщепления атомных ядер и положен в основу создания атомной бомбы. ЗВЕЗДНОЕ «ТОПЛИВО» Несчетное количество звезд горит во Вселенной, непрерывно излучая в пространство энергию. Незатухаю- На цветном рисунке изображены объемная и плоскостная модели атома натрия. Современная теория считает, что каждый электрон в атоме представляет собой нечто вроде электронного облачка, окутывающего атомное ядро. На объемной модели атома это изображено полупрозрачными сферами разных цветов. В рентгеновской трубке электроны разгоняются сильным электрическим полем и после торможения испускают лучи с очень малой длиной волны, так называемые рентгеновские лучи. При высоких температурах, например, в пламени свечи большое количество перемещений электронов дает сплошной спектр. В лампах дневного света может быть осуществлено преобразование (трансформация) невидимого излучения в видимое. В кружках показано поглощение атомом кванта ультрафиолетового света (1). Атом, поглотив квант ультрафиолетового света, переходит в сильно возбужденное состояние (2). Испустив квант 'видимого света, уносящий часть энергии, атом переходит в менее возбужденное состояние (3). Испуская второй квант видимого света, атом переходит в нормальное, то есть невозбужденное, состояние (4). 64
При цепной реакции атомное ядро урана 235, поглощая нейтрон, раскалывается на два ядра других атомов, выбрасывая при этом 2—3 нейтрона, которые в свою очередь производят новые расщепления ядер атомов урана. Этот процесс нарастает лавинообразно. щим костром пылает и Солнце, освещая и «отапливая» нашу планету. . Солнце постоянно излучает в межзвездное пространство такое количество энергии, которое в миллиарды миллиардов раз превышает энергию, вырабатываемую самой крупной на земном шаре электростанцией. Откуда на Солнце так много энергии? Когда мы сжигаем, например, дрова в костре, то от них тоже льется свет и пышет жаром. Но процесс го= рения требует непрерывного добавления топлива и наличия кислорода. Как только топливо или кислород иссякли — костер погас. Если бы в звездном «костре» горело обычное топливо, то пусть даже все Солнце состояло бы из лучшего антрацита, и тогда бы его хватило только на полторы тысячи лет, не более. Почему же миллиарды лет светит Солнце? Почему нескончаем поток тепла от него? Загадка столь длительного и энергичного «горения» Солнца кроется в том, что процессы преобразования вещества протекают на звездах совсем по-иному, чем на планетах. Л. Буянов 65
энергия связи на одну частицу в мил- fTo планетах атомы ^ЛИОНАХ ЭЛЕКТРОВОЛЬТ (МЭВ) Od HJldtlCldA соединяются в молекулы, образуя различные вещества. На звездах сами атомы и ядра этих атомов получаются в результате соединения атомных частиц: протонов, нейтро- йов, электронов. На планетах в основном протекают химические реакции, зависящие |т от энергии электронов |2 атома. На звездах же преобладают ядерные реакции, связанные с энергией атомного ядра. Ядерная реакция, при которой из атомов водорода образуется, например, грамм- атом, то есть 4 грамма гелия, сопровождается «выделением» около 600 миллиардов малых калорий тепла. Это в 6,2 миллиона раз больше, чем может дать химическая реакция. Чтобы получить такую энергию химическим путем, нужно сжечь около 100 тонн угля. Граммы и тонны «топлива» — таково соотношение масс вещества при ядерных и химических реакциях, результаты которых приводят к получению одного и того же количества энергии. При образовании на Солнце каждого грамма гелия из атомов водорода выделяется 155 миллиардов калорий тепла, при этом превращается в Атомную энергию можно получить двумя путями: синтезом сложных атомов из простых и расщеплением сложных атомов на простые. Энергия, получаемая при синтезе атомов, в несколько раз больше энергии расщепления. 66
излучение 0,007 грамма вещества. Мы уже знаем, что Солнце непрерывным потоком изливает энергию в окружающее пространство. От этого оно каждую секунду «худеет» на 4 200 тысяч тонн. На долю Земли из этого количества приходится всего лишь 2 килограмма. Несмотря на огромные потери, опасность угасания Солнца очень отдаленна. Солнечного «топлива» хватит для непрерывного горения на десятки миллиардов лет. А за это время люди научатся создавать искусственные звезды. Установлено, что звезды на одну треть, а некоторые, например Срлнце, даже наполовину, состоят из водорода, являющегося основным звездным «топливом». Посмотрим, как протекает реакция «горения» этого «топлива»: среди бесчисленного «роя» движущихся ядер атомов некоторые приближаются СИНТЕЗ ДЕЙТЕРОН :%f протон энергия 10 MeV СИНТЕЗ шок ПРОТОН ЭНЕРГИЯ На рисунке сверху — расщепление ядра атома урана 235, ниже (А) — синтез ядра сверхтяжелого водорода (тритона) из протона и ядра атома тяжелого водорода (дейтерона) и (Б) синтез ядра атома гелия из тритона и протона. друг к другу. Но электрические силы отталкивания, действующие между одинаковыми зарядами, заставляют частицы разлетаться в стороны. Для того чтобы могла наступить реакция «горения», то есть синтез атомов, частицы должны обладать гро- 67
мадной кинетической энергией, способной преодолеть электрические силы отталкивания. Кинетическая энергия частиц, как известно, определяется температурой. Так, например, средней энергии теплового движения протонов, равной 100 электрон-вольтам, соответствует температура порядка одного миллиона градусов. В недрах звезд господствует температура, измеряемая миллионами градусов. При такой температуре мо- Анатомия Солнца. Солнце ежеминутно излучает такое количество тепла, которым можно было бы испарить всю воду Северного Ледовитого океана (16,9 миллиона кубометров). Мощный поток солнечной энергии льется непрерывно в мировое пространство. Вся эта энергия освобождается в результате ядерных реакций, которые идут в солнечном теле. На рисунке показаны ядерные реакции, протекающие в недрах Солнца. гут протекать реакции ядерного синтеза: например, из двух протонов образуется ядро атома тяжелого водорода — дейтерон; при этом испускаются позитрон и нейтрино х за счет перехода одного из протонов в нейтрон. 1 Позитрон- частица, имеющая положительный заряд. Масса позитрона равна массе электрона. Нейтрино — частица, не имеющая электрического заряда. Масса нейтрино равна примерно 0,002 доли массы электрона. 68
Каждый из протонов, участвующих в этой реакции, высвободит энергию порядка 2 миллионов электрон-вольт. Образовавшийся дейтерон может снова присоединить протон. В результате появится ядро легкого гелия, состоящее из двух протонов и одного нейтрона. Такая реакция протекает уже при 300—400 тысячах градусов. Энергия, выделяющаяся от реакции соединения дейтеро- на и протона в ядро гелия, равна 10 миллионам электрон-вольт. Еще большую энергию может дать реакция соединения ядра атома трития и протона в гелион — ядро^тома гелия. Эта энергия равна 19,9 миллиона электрон-вольт. В реакции участвуют всего лишь четыре атомные частицы, а какое огромное количество энергии сопровождает переход этих частиц вещества в новое качественное состояние! Можно представить себе синтез и более сложных атомных ядер. Так, например, протон, взаимодействуя с ядром атома углерода, порождает сначала неустойчивое ядро, которое в результате превращения одного из его протонов в нейтрон образует ядро атома тяжелого углерода, встречающегося в небольших количествах в обыкновенном угле. Присоединение к тяжелому углероду еще одного протона превращает его в ядро атома изотопа азота. Еще два присоединенных протона — и возникает ядро атома кислорода. Появление новых ядер сопровождается выделением большого количества энергии. Это — ядерная реакция синтеза, принцип которой и положен в основу создания водородной бомбы.
к «МОНОПОЛИЗИРОВАННЫЙ» АТОМ БОРЬБА ЗА МОНОПОЛИЮ огда-нибудь в просторных и светлых залах музея экскурсовод остановит группу посетителей у маленькой витрины. «Взгляните, — скажет он, — здесь хранится документ, свидетельствующий о том, как величайшая сила природы, покоренная человеком, была использована не на благо людям, а для разрушения городов и уничтожения населения». И люди, не знающие ни войн, ни страха перед ними, люди, использующие атомную энергию для получения света и тепла, для приведения в движение станков и средств транспорта, прочтут сквозь стекло витрины: «6 августа 1945 года 16 часов тому назад американский самолет сбросил на важную японскую военную базу Хиросима бомбу, которая обладает большей разрушительной силой, чем 20 000 тонн взрывчатых веществ. Президент США Г. Трумэн». В дни единоборства советского народа с германским фашизмом в Америке были созданы специальные атомные институты и лаборатории, в которых работали ученые разных стран. В этих институтах и лабораториях во время войны велись исследовательские работы по применению атомной энергии для производства атомных бомб. Результаты этих работ были использованы для разрушения японских городов Хиросимы и Нагасаки, где женщины и дети послужили объектом страшного эксперимента. Сейчас, когда атомная бомба записана в историю Японии кровавыми строками, следует знать и то, как она создавалась. у 70
В 1939 году немецкие ученые Ган и Штрасман добились разрушения ядра атома урана при бомбардировке его нейтронами. Достигнутые результаты позволили предпринять шаги для практического использования открытия. На территории Германии велись работы по получению атомной энергии. Одновременно с этим, летом 1940 года, после захвата Норвегии, на гидроэлектростанции в Рьюконе, где норвежцы получали тяжелую воду, немцы организовали крупное производство тяжелой воды. Она требуется в производстве атомной энергии. Что же это за вода и в чем ее особенность? Впервые о тяжелой воде стало известно в 1933 году, когда английские ученые Льюис и Макдональд сообщили миру, что ими получены первые капли новой воды, удельный вес которой больше веса обыкновенной, почему эта вода и была названа тяжелой. Она оказалась вредной для живых организмов. Растения и рыбы, помещенные в нее, гибнут. Тяжелая вода, в которой атом водорода вместо одного протона содержит в ядре протон и нейтрон, используется как замедлитель нейтронов при расщеплении ядер атомов урана. Замедленные нейтроны оказываются значительно более эффективными снарядами для разрушения ядер атомов урана, чем быстрые. Помимо тяжелой воды, немцы изготовили в Норвегии большое количество парафина с тяжелым водородом — дейтерием. У американцев и англичан не было тяжелой воды, и они не могли организовать производство ее в необходимых масштабах. Англичане опасались, что немцам первым удастся получить атомную бомбу, поэтому они подвергли жесточайшей бомбардировке места предполагаемых атомных установок в Германии. В то же время на протяжении почти трех лет английские разведчики делали неоднократные попытки взорвать и, наконец, взорвали завод тяжелой воды в Норвегии. В феврале 1943 года у немцев не осталось ни завода, ни запасов тяжелой воды. К началу 1944 года завод был восстановлен, но два месяца спустя он был снова разрушен английскими бомбардировщиками. Однако к апрелю 1944 года немцы опять располагали 12 тоннами тяжелой воды. 71
В большом секрете, под усиленной охраной этот драгоценный груз был отправлен из Норвегии в Австрию. Во время переправы через озеро груз был потоплен. Английские парашютисты-водолазы сумели скрытно прикрепить мощный заряд тола с часовым механизмом к килю парома. В несколько минут не стало ни парома, ни охраны, ни тяжелой воды. Еще задолго до окончания второй мировой войны американские и английские монополии вынашивали планы завоевания мирового господства. Объединившись, они создали крупную организацию, к работе в которой были привлечены ученые Альберт Эйнштейн, Энрико Ферми, Чарлз Дарвин (внук всемирно известного Дарвина), Нильс Бор — датский ученый, бежавший с помощью англичан из оккупированной немцами Дании, Джемс Чэд- вик — английский физик, Ирвинг Лэнгмюр — американский ученый, Лиза Мейтнер — ассистентка профессора Гана, бежавшая из фашистской Германии, и многие другие. Все работы велись в Америке — в стране, наиболее удаленной от военных действий. Были заключены контракты с лабораториями, институтами и частными фирмами. Золотым дождем поливались «атомные всходы». Как в калейдоскопе, появлялись все новые и новые открытия. Результатом их было уничтожение японских городов Хиросимы и Нагасаки. Этот акт, совершенно не вызывавшийся военной необходимостью, по замыслу его исполнителей преследовал две цели: проверить на практике разрушительное действие атомной бомбы и положить начало той политике «с позиции силы», которую проповедовали агрессивные круги ряда капиталистических стран как средство для навязывания своей воли другим странам. Специальная комиссия, производившая позже обследование мест взрыва атомных бомб, сброшенных в Хиросиме и Нагасаки, установила, что радиус разрушающего действия бомбы распространился на несколько километров. Эти бомбы ныне считаются устаревшими. Но последствия взрыва даже такой устаревшей бомбы ощущаются спустя десятилетие. По данным статистики, в Нагасаки, где около трети женщин было подвержено действию1 атомной радиации, каждый седьмой родившийся ребенок 72
несет на себе следы вредного воздействия атомного взрыва. Гибель десятков тысяч человеческих жизней в Хиросиме и Нагасаки была завершающим этапом в тех опытах по использованию атомной энергии, которые проводил капиталистический мир на протяжении ряда лет. АТОМНЫЙ ШАНТАЖ Ежедневно страницы американских газет и журналов- заполнялись вымыслами на «атомную тему». Американский генерал Гровз предложил считать день разрушения Хиросимы особым, так называемым «атомным» днем в. календаре. Следом за ним нашлись и другие «новаторы» которые предложили 1945 годом закончить нынешнее календарное летосчисление и открыть новое первым годом «атомной эры». Мода на атомную бомбу дошла до абсурда. Предприимчивые дельцы не замедлили выпустить под атомными названиями различные товары и предметы потребления. Эти названия присваивались в одинаковой степени всему: пуговицам, популярным артисткам, коктейлям и т. д. Некоторые реакционные генералы и журналисты воспевали атомное оружие как единственное средство, с помощью которого можно решить все спорные международные вопросы. Буржуазная пресса начала изо дня в день пропагандировать неизбежность атомной войны и твердить о величайших преимуществах в такой войне армии США. Но вскоре авантюра с атомным шантажем провалилась. Советское правительство в 1947 году довело до сведения международной общественности, что секрета атомной бомбы больше не существует. Однако поджигатели войны не прекратили шантаж. Они пытались запугать народы «сверхатомной», так называемой водородной бомбой, созданной на принципе звездной реакции — реакции «сплавления» водорода в гелий. Расписывая на все лады разрушительную силу этой бомбы, угрожая миру атомным оружием, агрессивные круги не учли, что в нашей стране, стоящей на страже мира, сделано многое в области атомной энергии,. и что Советский Союз владеет секретом и водородной 73-
'бомбы. Так лопнул очередной мыльный пузырь военной пропаганды. То обстоятельство, что Советский Союз располагает ■атомным оружием и сверхмощной водородной бомбой, имеет все необходимые ресурсы и оборудование для изготовления таких бомб, послужило сдерживающим фактором для теряющих голову поджигателей войны. Некоторые журналисты США, пользуясь каждым удобным случаем, стремились подчеркнуть, что якобы только американцам принадлежат все важнейшие открытия в области атомной энергии. Достойную отповедь дал фальсификаторам истории науки академик А. Я. Вышинский, выступив в Политическом комитете Генеральной Ассамблеи ООН 12 ноября 1954 года. Опираясь на неопровержимые факты, он напомнил о той роли, которая поинадлежит русским, польским, французским, немецким и другим ученым в разработке науки об атоме и атомном ядре. А. Я. Вышинский прежде всего подчеркнул, что теория атома, ставившая целью раскрыть строение атома и объяснить его свойства, могла быть создана только благодаря открытию знаменитым русским ученым Д. И. Менделеевым периодического закона. Периодический закон Менделеева, устанавливая существование внутренней закономерности связи между атомами, охватывает эволюцию вещества и его превращение во всей неорганической природе как в микрочастицах материи — от атомного ядра до сложнейших молекул, так и в огромных космических телах — от нашей Земли до гигантских звезд. Другой великий русский ученый — Александр Михайлович Бутлеров, создатель теории строения вещества, в своей работе «Основные понятия химии» в 1886 году высказал мысль о делимости атомов. «Атомы, — писал •он, — ...могут быть разделены в новых процессах, которые будут открыты впоследствии». В 1898 году супруги Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри открыли радиоактивность тория, а также, исследуя чехословацкую иоахимстальскую руду, обнаружили два новых радиоактивных элемента — полоний (названный так в честь Польши — родины Склодовской-Кюри) и 71
$)адий. Оба эти элемента заняли места в периодической системе Менделеева, предусмотренные для них великим ученым под №№ 84 и 88. Открытие радиоактивности, кроме практического своего значения, имело также и крупнейшее значение с точки зрения научной методологии, поскольку до открытия радиоактивности считалось, что атомы вещества представляют собой неделимые, неизменные и извечно существующие частицы. Открытие радиоактивности и дальнейшее развитие учения о радиоактивности разрушили представление о неизменности атома и показали, что в ядре атома сосредоточен громадный запас энергии. Далее А. Я. Вышинский подчеркнул великое значение ib истории открытия атомной энергии трудов замечательного русского физика П. Н. Лебедева. Ему принадлежит открытие закона светового давления. Этот закон, как известно, явился толчком для установления взаимосвязи массы и энергии, той взаимосвязи, которая является основой процессов, происходящих в атомном ядре. Крупнейшие работы целой плеяды видных советских ученых явились вехами на пути овладения секретами ядерной энергии. Что касается вопроса о применении .атомной энергии в области промышленности, сельского хозяйства, биологии и здравоохранения, то А. Я. Вышинский заявил, что атомная энергия в этих областях применяется в СССР весьма широко. Приведенные факты показали всю беспочвенность утверждения о том, что Соединенные Штаты являлись монополистами в области атомной энергии. О монополии США в данном случае можно было говорить только как о монополии в кавычках. Тот, кто смотрел на атомную энергию, как на золотое яйцо, снесенное наукой только для какой-либо одной страны, жестоко ошибся. Усилия крупнейших ученых капиталистических стран были направлены на создание прежде всего атомного оружия. В результате атомная наука развивалась в этих странах однобоко; вместо того чтобы служить людям как средство созидания и прогресса, она стала источником создания оружия огромной разрушительной силы. Атомная наука превращалась в служанку милитаризма, в средство создания смертоносного оружия, грозящего человечеству величайшими бедствиями. 75
Являясь главными виновниками созданного напряжения на земном шаре, агрессивные круги лицемерно трубили в газетах и журналах о том, что опасность на США надвигается со стороны Советского Союза. «На улицах Нью-Йорка, — писал в. своих очерках о поездке в 1954 году в США гроссмейстер А. Котов, — я впервые за последние девять лет увидел указатели: «Бомбоубежище». Не раз попадались мне на глаза и такие объявления: «Этот парк будет закрыт в случае вражеской атаки». Для разжигания военной истерии применяются и более сильные средства. Так, 14 июня военные- власти устроили настоящую воздушную тревогу, причем не все жители Нью-Йорка знали, учебная она или боевая. На следующий день газеты смаковали итоги «нападения красных». Число «убитых» в Нью-Йорке превышает 2 миллиона человек, «ранено» 800 тысяч жителей,— запугивали газеты американского обывателя. Одновременно газеты писали, что в конгресс внесено предложение об ассигновании на очередной бюджетный год 100 миллионов долларов на расширение разведывательной деятельности против Советского Союза и стран народной демократии. Впоследствии, как известно, это предложение было утверждено. В день нашего отъезда из США некий профессор социологии Харт опубликовал в «Бюллетене ученых-атомников» статью, в которой объявлялось, что за один налет советских самолетов на крупные американские города может быть убито' 9 миллионов человек и ранена 11 миллионов. «Жизнь в стране была бы парализована, — устрашал американцев профессор социологии, — административные центры разрушены, шоссейные и железные дороги перерезаны, снабжение электроэнергией прекратилось бы. Вашингтон, где находится правительство, был бы стерт с лица земли...»» «На воре шапка горит» — гласит старинная русская пословица. Стремясь обвинить Советский Союз в агрессивных замыслах, иностранные агрессивные круги сами подогревали напряженность во взаимоотношениях между государствами, прикрывая свои истинные цели дымовой завесой военной истерии. 76
ГОВОРИТ СССР 20 августа 1953 года Советское правительство сообщило об испытании водородной бомбы в Советском Союзе. В этом правительственном сообщении указывалось: «Некоторые иностранные круги, делавшие ставку в своей политике раньше на монополию США в обладании атомной бомбой, а затем водородной бомбой, стремятся запугать народы тем фактом, что Советский Союз владеет секретом производства водородного оружия, и в связи с этим вызвать тревогу, используя это в целях усиления гонки вооружений». «Советское Правительство, — говорилось в этом сообщении, — считает необходимым заявить, что, как и прежде, для такой тревоги нет никаких оснований. В соответствии с неизменной политикой Советского Союза, направленной на укрепление мира и безопасности народов, Советское Правительство неоднократно предлагало правительствам других стран провести значительное сокращение вооружений и запретить применение атомного и других видов оружия массового уничтожения, установив в рамках Организации Объединенных Наций строгий международный контроль над этим запрещением. Советское Правительство твердо стоит на этой позиции и в настоящее время». Проводя политику дальнейшего обострения международных отношений, агрессивные круги некоторых капиталистических стран всячески препятствовали созданию объединенной миролюбивой и демократической Германии. Они делали ставку на создание в Европе армии, вооруженной атомным оружием, которую в удобный момент можно было бы использовать против миролюбивых стран. Советский народ, народ-строитель никогда не помышлял и не помышляет об агрессивной войне. Наоборот, все его усилия направлены на сохранение мира на земле, на процветание науки, служащей интересам всего человечества. Новым ярким свидетельством этого является сообщение ТАСС, опубликованное 15 января 1955 года. В нем сказано: «Советское Правительство, признавая большое значение использования атомной энергии в мирных целях и стремясь содействовать развитию междуна- 77
родного сотрудничества в этой области, готово передать соответствующий научно-технический опыт, накопленный в Советском Союзе». Советское правительство изъявило* готовность представить Международной конференции па вопросам мирного использования атомной энергии доклад о первой промышленной атомной электростанции и ее работе. Этот шаг Советского правительства имеет громадное значение для развития и укрепления международного» сотрудничества, для технического прогресса, для укреп- ления дела мира. С той же целью способствовать широкому использованию атомной энергии для мирных целей Советское правительство решило оказать другим государствам научно- техническую и производственную помощь в создании на- учно-экспериментальных баз для развития исследований в области ядерной физики и использовании атомной энергии для мирных целей. По инициативе Советского правительства между СССР и Китайской Народной Республикой, Польской Народной Республикой, Чехословацкой Республикой, Румынской Народной Республикой, Германской Демократической Республикой, Венгерской Народной Республикой и Народной Республикой Болгарией заключены соглашения* по которым Советский Союз оказывает этим странам* всестороннюю помощь в проектировании, поставке оборудования, постройке экспериментальных атомных котлов и ускорителей элементарных частиц, изготовляемых промышленностью СССР, безвозмездно передает необходимую научно-техническую документацию. Этим странам* выделяется необходимое количество расщепляющихся в? других материалов для атомных котлов и для научно- исследовательских работ. Ученые и инженеры этих стран получили возможность ознакомиться с научно-исследовательскими работами, проводимыми в СССР в области использования атомной энергии для мирных целей, и с работой опытных атомных котлов. СССР оказывает помощь этим странам в< подготовке собственных специалистов. Помощь Союза ССР в создании указанных научно- экспериментальных баз даст этим странам возможность широко развернуть научно-исследовательские работы в?> области ядерной физики, получать на экспериментальных, 78
атомных котлах достаточное количество радиоактивных изотопов для использования их в медицине, биологии в различных областях науки и техники, а также подготовить научные и инженерные кадры для дальнейшего развития работ по мирному использованию атомной энергии. В нашей стране развитие техники нацелено на благо» людям, на использование сил природы для улучшения жизненных условий человечества. Иное дело в странах капитала. Там техника служит выколачиванию монопольно высоких прибылей для незначительного меньшинства,, там агрессивные круги выступают за использование новейших достижений техники для подготовки новой войны. «Советский Союз считает, что необходимо покончить с гонкой вооружений, — сказано в Декларации Верховного Совета СССР, принятой 9 февраля 1955 года. — Необходимо безотлагательно решить вопрос о всеобщем сокращении вооружений и, прежде всего, о значительном сокращении вооружений больших государств. Атомное и всякое другое оружие массового уничтожения должно1 быть запрещено. Проведение соответствующих мероприятий должно быть обеспечено эффективным международным контролем». «АТОМНЫЕ ДЕРЖАВЫ» Самым драгоценным вознаграждением для человека являются научные открытия, которые делают жизнь богаче и радостней. И, наоборот, глубокую горечь вызывает у всех честных людей использование науки для1 изыскания средств уничтожения человеческих жизней. Наука принадлежит всем народам. И народы никогда не позволят, чтобы небольшая кучка милитаристов использовала величайшие достижения науки в целях завоевания мирового господства. Известно, что некоторые иностранные монополии стремятся стать единственными владельцами всех месторождений урана, тория, графита, бериллия и другого атомного сырья. Такие монополии, пытаясь завладеть всеми источниками атомного сырья в слаборазвитых странах, преследуют и другие, более широкие цели — установить над этими странами свой экономический и политический контроль. Американские монополисты-атомщики полностью завладели атомным сырьем Латинской Америки, 79»
они контролируют добычу урановой руды в колонии Бельгийское Конго, в Канаде. Англо-американский пул 1 «Комбайнед девелопмент эдженси» скупает все атомное сырье, добываемое в африканских колониях Англии. Специальные американские «научные» экспедиции «путешествуют» по Африке, Латинской Америке и по другим районам земного шара в поисках этого «золота двадцатого века». «С целью личной оценки запасов урана» они побывали в Турции, Новой Зеландии, Испании, Пакистане и других странах. Монополии установили контроль за исследованиями в области атомной энергии. Международный концерн радия и урана — полновластный хозяин сырья для производства атомных бомб. Это — владелец всех месторождений урановых руд в Канаде и Бельгийском Конго. Американский электротехнический трест «Вестингауз» разработал в своих лабораториях способы очистки металлического урана. Вместе с трестом «Дженерал электрик» он является участником в руководстве научными работами по атомной энергии в США. Химический трест «Дюпон де Немур» — генеральный проектировщик и строитель основных заводов атомных взрывчатых веществ. Фирма «Дюпон» имеет исключительное право на производство атомных бомб, и в течение 30 лет ей принадлежит право коммерческой эксплуатации процессов, основанных на атомной энергии. Эти и другие капиталистические «атомные державы» и есть тот «орган», в руках которого сосредоточено все, начиная от сырья и кончая готовой атомной бомбой. Величайшее открытие современной науки они воплотили в атомной бомбе. В применении атомной энергии для мирных целей они не заинтересованы. Некоронованные короли этих «атомных держав» хорошо понимают, к чему приведет мирное использование энергии атома. Оборудование современных электростанций и некоторых других промышленных предприятий устареет. Существующее топливо окажется невыгодным, транспорт вынужден будет сократить перевозки... Все это поломает установившуюся систему взаимоотношений между монополиями, грозит им колоссальными убытками. 1 П у л — форма капиталистической монополии, где прибыль распределяется согласно заранее установленной пропорции. 80
ЖЕРТВЫ ИСПЫТАНИЙ АТОМНОГО И ВОДОРОДНОГО ОРУЖИЯ 1 марта 1954 года на Маршальских островах американцы произвели испытательный взрыв водородной бомбы. Ужасные последствия этого взрыва обнаруживаются и по сие время. После взрыва для человечества стала еще более ясной та страшная разрушительная сила, которую таит в себе это новое орудие убийства. Водородная бомба по своему действию в 700 раз сильнее той атомной бомбы, которая стерла с лица земли город Хиросиму. Неожи-* данно для самих экспериментаторов радиус действия этой бомбы оказался значительно больше, чем они предполагали. Вскоре после испытания бомбы в одной из японских гаваней пришвартовалось рыболовное судно, которое в момент взрыва находилось в 160 километрах от острова, то есть далеко за пределами объявленной зоны опасности. Члены экипажа корабля получили сильные радиоактивные ожоги от выпавшей радиоактивной пыли. Один из них погиб. Стало очевидным, что последствия взрыва бомбы не поддавались контролю, что никто, ни в одной стране не был в безопасности во время взрыва. Эти возмутительные факты вызвали волну негодования и протеста во всех странах мира. Даже некоторые создатели атомного оружия ужаснулись результатам испытания их изобретения. Так произошло с крупным физиком, американским ученым Оппенгеймером. Он подвергся преследованиям со стороны реакционной печати за то, что отказался участвовать в создании водородной бомбы. Травля ученого, отказавшегося посвятить свои труды созданию оружия разрушения, еще раз разоблачила поборников политики «с позиции силы», стремящихся использовать атомную энергию лишь в военных целях. «Дело Оппенгеймера, — писала английская газета «Манчестер гардиен», — причинило большой вред США... В результате всей этой истории репутация США пострадала в большей степени, чем репутация доктора Оппенгеймера». В июле 1954 года на рассмотрение Совета по опеке была представлена петиция, присланная в Организацию 6 А. Буянов 81
Объединенных Наций межсессионным комитетом конгресса Маршальских островов, являющихся подопечной территорией и находящихся под управлением США. В этой петиции сообщалось, что в результате испытаний атомных и водородных бомб, произведенных на территории Маршальских островов, серьезно пострадало население ряда островов, в особенности жители атоллов 1 Ронгелап и Утирик. Многие из пострадавших по существу стали калеками на всю жизнь. Все больше жителей Маршальских островов, говорится далее в петиции, выселяется с занимаемых ими земель ' властями США. Атоллы Эниветок и Кваджалейн были специально отведены для испытания атомного и водородного оружия, а жители островов Бикини и Эниветок выселены. Податели петиции, выражая тревогу всего населения Маршальских островов, требовали немедленного прекращения в данном районе всех испытаний со смертоносным оружием. «Ввиду все увеличивающейся опасности для нашей жизни... — сказано далее в петиции, — а также опасности быть лишенными права владеть землей, препровождаем настоящую петицию Организации Объединенных Наций в надежде, что она услышит нашу мольбу и примет надлежащие меры». Вслед за этим вице-президент Азиатской региональной ассоциации Всемирной метеорологической организации — начальник Главного управления гидрометеорологической службы СССР т. Золотухин получил от президента Метеорологического общества Японии д-ра X. Ха- такеяма письмо, в котором сообщается, что Метеорологическое общество Японии на своем ежегодном собрании 1954 года приняло решение обратиться ко всему миру с заявлением, выражающим требование запретить использование оружия массового уничтожения. В заявлении говорится: «Мы, японцы, которые первыми среди наций мира испытали опустошения от взрывов двух атомных бомб, сброшенных на города Хиросиму и Нагасаки, и потеряли в один момент сотни тысяч жизней, снова видим, как еще одно бедствие, вызванное испытанием водородной 1 Атолл — плоский, низменный коралловый остров. 82
бомбы, проводившимся на атолле Бикини, обрушилось на наших рыболовов, занимавшихся своим мирным трудом. Это до глубины души потрясло нас, и в нашем сознании зародилось глубокое сомнение в законности использования атомной энергии, являющейся продуктом современной науки, для таких разрушительных целей. В этот момент мы обращаем особое внимание, с точки зрения метеорологической науки и работ в области службы погоды, с которыми мы связаны, на следующие два обстоятельства: 1) что огромное количество радиоактивного пепла, взлетевшего в стратосферу в результате взрыва водородной бомбы, распространится во всем мире благодаря общей циркуляции атмосферы и 2) что такое, в огромном масштабе, заражение атмосферы продолжает существовать в течение длительного времени и может воздействовать на инсоляцию 1 и другие метеорологические явления; оно имеет возможность повлечь за собой похолодание летом и вызвать другие бедствия, связанные с погодой, которые невозможно даже предвидеть. Кроме того, последствия испытаний водородных бомб могут повлиять на рыбную ловлю и продуктивность сельского хозяйства путем заражения морской воды и осадков. В связи с вышеупомянутым ежегодное собрание Метеорологического общества Японии 1954 года горячо поддерживает заявление Научного совета Японии от 23 апреля 1954 года относительно запрещения водородной бомбы. Кроме того, собрание признало важным следующие два предложения и обращается к правительствам, ученым и научным ассоциациям внутри страны и за границей с требованием — предпринять немедленно эффективные меры для их осуществления; собрание также призывает общественность всего мира, независимо от расы и положения в обществе, поддержать нас. 1. Бороться за немедленное прекращение испытаний, производства и использования оружия массового уничто- 1 Инсоляция — освещение поверхности Земли солнечными лучами. 6* 83
жения, включая атомное оружие, которое, мы считаем, приведет к огромному ущербу человечеству даже с чисто метеорологической точки зрения, и за установление международного контроля за их производством и за использованием для мирных целей. 2. Опубликовать все результаты расследования и данные исследования о заражении атмосферы и других явлениях погоды, которые, возможно, последуют за испытаниями водородных бомб». Время, прошедшее с момента взрыва водородной бомбы, не ослабило тревоги, которая охватила мир. Наоборот, с каждым днем люди все острее сознают, что необходимо как можно скорее действовать, чтобы предотвратить катастрофу, чтобы уберечь человечество от новой мировой войны.
АТОМНОЕ ОРУЖИЕ ИСХОД ВОИНЫ РЕШАЮТ ЛЮДИ, ОВЛАДЕВШИЕ ТЕХНИКОЙ Д || ногие военные «теоретики» капиталистических | \М стран утверждают, что только при помощи хими- 11 tJL ческого, реактивного, бактериологического оружия <L * 'I и особенно атомных и водородных бомб можно решить исход войны. Реакционная буржуазная военная наука явно переоценивает роль техники и недооценивает роль человека в современной войне, недооценивает значение морального духа армии и народа. Советская военная наука не отрицает огромного значения техники в войне. Без достаточного количества оружия и техники, отвечающих требованиям современной войны, невозможно добиться победы над врагом. Вооружение армии, как известно, является одним из постоянно действующих факторов, решающих судьбу войны. Но ни авиация, ни танки, ни химическое и бактериологическое оружие, ни атомная, водородная и кобальтовая бомбы сами по себе не могут принести победы. Исход войны решали и будут решать люди, сильные духом, беззаветно преданные своей родине, вдохновленные благородными освободительными целями войны, имеющие на своем вооружении первоклассное оружие и боевую технику, в совершенстве владеющие ими. Атомное оружие по своему поражающему действию значительно превосходит обычные виды оружия, но и против него имеются эффективные меры борьбы. Войска, хорошо подготовленные и обученные действиям в условиях применения атомного оружия, могут успешно наступать, обороняться, выполнять любые боевые задачи, добиться разгрома врага. Это тем более справедливо для 85
армии такой страны, которая сама владеет атомным оружием. Ставка некоторых иностранных кругов на преимущество, якобы достигнутое ими в производстве атомного оружия, давно и окончательно бита. Серьезным предупреждением всем проповедникам политики «с позиции силы» прозвучало с трибуны второй сессии Верховного Совета СССР заявление В. М. Молотова о том, что в производстве водородного оружия советские люди добились такого успеха, что в положении отсталых оказался не Советский Союз, а Соединенные Штаты Америки. В прошлые войны существовали армии, которые вели боевые операции на фронте, а тыл был далек от кровопролития и ежедневных массовых жертв. Война с применением атомного оружия страшна и для тыла. В этой войне все граждане — солдаты фронта. Поэтому надо заранее изучить оружие, каким обладают современные армии. Надо знать, каково это оружие. И если оно будет применено врагом, знать, какие средства защиты существуют против него. Прежде всего, познакомимся с новым, так называемым ядерным взрывчатым веществом. ЯДЕРНОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО В процессе образования молекул, как правило, затрачивается энергия. Когда же молекулы распадаются на атомы, эта энергия выделяется. Энергию, затраченную на образование органического вещества, например древесины, легко выделить путем сжигания. При сжигании горючего и даже при взрыве взрывчатого вещества атомы, входящие в состав молекул этих веществ, остаются неизменными, так как горение и взрыв — химические реакции, связанные с движением электронов атомов. Энергия взаимной связи частиц, составляющих ядро атома, во много раз превышает энергию электронов. Вот почему невозможно разрушить атомные ядра даже самым сильным взрывом обычных взрывчатых веществ. В производстве обычных взрывчатых веществ химия как бы достигла предела. Максимальная теплота взрыва самой сильной теплотворной смеси — жидкого водорода 86
с жидким озоном — лишь в три раза больше теплоты взрыва нитроглицерина. Новые взрывчатые вещества, которые были бы значительно сильнее, чем нитроглицерин, пока еще не созданы. Задача получения сверхмощного атомного взрывчатого вещества решена при помощи не химии, а физики. И обычное и атомное взрывчатые вещества состоят из атомов, с той только разницей, что в обычном взрывчатом веществе атомы химически соединены в более крупные частицы — молекулы. Обычное взрывчатое вещество может быть: твердым (порох, тротил, пироксилин и др.); жидким (нитроглицерин, нитрогликоль и др.); газообразной смесью (водорода с кислородом, метана с воздухом и т. д.). Атомное взрывчатое вещество — это металлы: изотопы урана — уран 233 и уран 235, искусственный элемент — плутоний 239. Оно в миллионы раз сильнее обычного. Несколько килограммов атомного взрывчатого вещества дают при взрыве столько энергии, сколько ее заключено в десятках тысяч тонн тротила. Почему же так велика разница в силе взрыва обычного и атомного взрывчатых веществ? Взрыв обычного взрывчатого вещества есть процесс разложения сложных молекул в химических соединениях на более простые молекулы. Так, например, большинство твердых веществ при взрыве мгновенно превращается в углекислый газ, окись углерода, окись азота, пары воды, водород, кислород, азот и другие газообразные продукты. Сильно сжатые и нагретые до 4—5 тысяч градусов газы, стремясь уравнять температуру и давление с окружающей средой, расширяются. А так как давление взрыва в течение стотысячной доли секунды достигает 200—400 тысяч атмосфер, то оно действует, как чрезвычайно резкий удар. Появляется так называемая ударная, или взрывная, волна. Взрыв атомного взрывчатого вещества представляет собой совсем иную картину. Это или расщепление атомов тяжелых элементов на более легкие, например урана на барий, криптон и др., или образование — синтез — более тяжелых атомов из легчайших, например синтез гелия из водорода. 87
При взрыве обычных взрывчатых веществ осуществляется переход энергии химической связи атомов в молекулах в световую энергию и в энергию летящих молекул. При атомном же взрыве происходит переход внутриядерной энергии в энергию излучения и в энергию быстро летящих осколков ядер и ядерных частиц. Среди множества тел, имеющихся в природе, лишь немногие являются обычным топливом, могущим быть превращенным в ту или иную форму энергии. Камень, например, сколько бы его ни зажигали, гореть не будет, а каменный уголь загорается сравнительно легко. Если же поджечь порох, то он сгорает моментально. В природе есть и такие химические элементы, которые можно назвать атомным топливом — уран 238 и даже атомным динамитом — уран 235. Для «разжигания» 200.000 КГ. УРАНОВОЙ РУДЫ 140 КГ МЕТАЛ» ЛИЧЕСКОГО УРАНА КГУРАНА 235(U7%J В 200 тоннах природной урановой руды содержится один килограмм урана 235. этих элементов применяют специальные «спички» — нейтроны. Все остальные химические элементы, словно сырые дрова, требуют для «разжигания» каждого атома очень большой энергии. Поэтому практически их не используют при получении ядерной энергии. Уран 235 — радиоактивное вещество. Часть его атомов самопроизвольно распадается, выбрасывая примерно* три нейтрона на каждый распавшийся атом. При некоторых благоприятных условиях эти нейтроны, в свою очередь, разрушают соседние атомы урана, те — следующие три и так далее. При этом сначала выделяется 9, затем 27, 81, 243 и т. д. нейтронов. Происходит так называемая цепная реакция, в результате которой нейтроны накапливаются с молниеносной быстротой, и энергия, обра- 88
зующаяся при распаде все большего и большего количества атомов урана 235, лавинообразно нарастает. Происходит взрыв. Взрыв урана 235 есть не что иное, как моментальное, длящееся всего 2 миллионные доли секунды, превращение небольшого куска металла в газообразные продукты — пары бария, крип- гона и других веществ. Атомы этих элементов наделены огромными скоростями. Стремясь занять больший объем, они расширяются, порождая ударную волну, которая, ударяясь о препятствия, разрушает их. Уран 235 в свободном виде в земной коре не встречается. В природном уране его содержится все0% УРАН 238 УРАН 235 НЕПТУНИЙ ПЛУТОНИЙ КЮРИЙ БЕРКЛИЙ КАЛИФОРНИЙ АФИНИЙ СРеди химических элементов, на- чиная ВОД0Р0Д°М и кончая центу- рием> ИЗВестны три элемента — уран 235, уран 233 и плутоний 239, которые являются атомным взрывчатым веществом. р го лишь 0,7%.. Основную массу Природного урана составляет уран 1дЪ, ОТ- ПИЧающийся ПО СВОЙ- СТВам ОТ урана 235. Уран 238 не ГОДИТСЯ для снаряжения атомных бомб, так как не способен давать взрыв. Но ядро каждого атома урана 238 при обстреле его нейтронами захватывает один нейтрон и превращается в новый химический элемент — плутоний. Плутоний, как и уран 235, является ядерным взрывчатым веществом, пригодным для снаряжения атомных бомб. А так как урана 238 в природной смеси почти в 140 раз больше, чем урана 235, то естественно, что добыча плутония искусственным путем выгоднее, чем очень сложное, медленное и дорогостоящее отделение урана 235 от урана 238. В качестве сырья при производстве взрывчатого веще- 89
ИЗОТОПИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРИРОДНОГО УРАНА U 238#U23sQ) ИСПОЛЬЗОВАНИ ЯЛЕРНОЙ ЭНЕРГИИ f4CMTУРАНА 47ОМ3 НЕФТИ ///Г/Аи///////Ш Упрощенная схема получения и использования атомной энергии. Из природной смеси отделяется уран 235. Что же касается урана 238, то его можно превратить в урановом котле в плутоний, который, так же как и уран 235, является ядерным топливом. Внизу на рисунке — соотношение ядерного и обычных видов топлива.
ства для атомной бомбы можно использовать не только уран, но и торий, которого в земной коре втрое больше, чем урана. В результате облучения тория нейтронами он превращается в новый, искусственный изотоп урана — уран 233. Это — третье ядерное взрывчатое вещество. АТОМНЫЙ ВЗРЫВ Различают два вида оружия, действие которого основано на использовании атомной энергии: атомное оружие взрывного действия и боевые радиоактивные вещества {БРВ). Атомное оружие взрывного действия основано на использовании атомной энергии, мгновенно выделяющейся в результате реакции взрывного характера. Это оружие предназначается для разрушения оборонительных сооружений, населенных пунктов, важных промышленных объектов, повреждения боевой техники и поражения людей. Применение атомного оружия взрывного действия возможно в виде атомных бомб, атомных артиллерийских снарядов, торпед, ракет и самолетов-снарядов. Боевыми радиоактивными веществами (БРВ) называют специально приготовленные для боевого использования вещества, содержащие радиоактивные атомы. БРВ основаны на использовании вредного действия радиоактивных излучений на живые организмы и предназначаются для заражения местности и воздуха с целью поражения людей. Боевыми радиоактивными веществами могут снаряжаться авиационные бомбы, ракеты, артиллерийские снаряды и мины. Атомное оружие взрывного действия снаряжается специальным, так называемым ядерным взрывчатым веществом, обладающим огромной разрушительной силой. Мощность атомного взрыва во много раз превышает мощность взрыва обычных взрывчатых веществ. При взрыве обычных взрывчатых веществ энергия выделяется в результате перегруппировки атомов в молекулах, то есть в результате изменения электронных оболочек атомов. Энергия, освобождающаяся при атомном взрыве, слагается, в конечном счете, из тепловой энергии 91
и энергии, выделяющейся в виде излучений — светового и радиоактивного. Энергия светового излучения составляет примерно одну треть всей энергии излучения при атомном взрыве. Световое излучение при атомном взрыве существенно отличается от светового излучения, сопровождающего взрыв обычных взрывчатых веществ. В месте взрыва обычного взрывчатого вещества температура окружающей среды повышается до 4—5 тысяч градусов, а при атомном взрыве она достигает десятков миллионов градусов. При столь высокой температуре молекулы веществ, находящихся в центре взрыва, расщепляются на атомы и даже с атомов срывается часть электронов. Ионизированные атомы способны легко соединяться с другими атомами и молекулами. Находящиеся в центре взрыва металлы испаряются, а песок и некоторые виды почв сплавляются в стеклообразную массу. Многие вещества при этом становятся радиоактивными, а так как они частично относятся ударной волной в сторону, то и там способны оказать вредное воздействие на людей. КРИТИЧЕСКИЙ ВЕС ЗАРЯДА В основу создания атомной бомбы, как мы уже говорили, положен принцип расщепления атомных ядер. Заряд в каждой атомной бомбе не велик. Он равен нескольким килограммам ядерного взрывчатого вещества. В одном куске при этом может храниться заряд меньше определенного веса. Увеличить вес куска нельзя, так как тогда он сразу же взорвется, потому что будет превышен так называемый критический вес заряда. Что же такое критический вес заряда? Далеко не безразлично, какой размер имеет, например, кусок плутония в заряде атомной бомбы. Если он будет иметь вид шара диаметром в несколько сантиметров, то нейтроны в нем не будут расщеплять всех положенных им ядер урана, так как большинство образующихся новых нейтронов значительно раньше вылетит за пределы куска и рассеется. Взрыва при этом не произойдет, так как не наступит цепная реакция. Когда же кусок плутония увеличится до некоторой определенной величины, то количество теряемых из него нейтронов сильно 92
уменьшится. Число их в куске станет нарастать лавинообразно — происходит взрыв. Таким образом, критический вес заряда — это такой максимально допустимый в одном куске вес ядерного взрывчатого вещества, при котором самопроизвольного взрыва еще не может произойти. Шарообразная форма заряда наиболее компактная. Е£ли заряд ядерного взрывчатого вещества окружить оболочкой из материала, способного отражать нейтроны, то критический вес заряда можно снизить, ибо отражатель будет возвращать обратно нейтроны, вылетевшие из куска ядерного взрывчатого вещества. Для того чтобы ядерное вещество в атомной бомбе не взорвалось преждевременно, каждый его кусок в бомбе удален от другого. В отдельности же эти куски ни в коем случае не могут превышать критический вес. АТОМНАЯ БОМБА Атомная бомба построена по следующей схеме. Ядерное взрывчатое вещество в ней делят на части. Каждая из частей может иметь вид полушаров, но вес ни одной из них не должен достигать критического. Половинки зарядов помещают в оболочке бомбы на некотором расстоянии друг от друга. В нужный момент при помощи обычного взрывчатого вещества половинки быстро приближают друг к другу. Когда же они соединятся, общий вес заряда превысит критический, вследствие чего наступает цепная реакция, моментально приводящая к взрыву. Цепная реакция в ядерном взрывчатом веществе начинается уже в тот момент, когда половинки заряда станут приближаться друг к другу. А так как время от начала цепной реакции до момента взрыва исчисляется двумя миллионными долями секунды, то становится понятным, почему сближение кусков заряда должно быть произведено практически Принципиальная схема атомной бомбы. 1 — заряд ядерного взрывчатого вещества; 2 — отражатели нейтронов; 3 — заряд обычного взрывчатого вещества; 4 — запал; 5 — внешняя оболочка атомной бомбы. 93
мгновенно. В противном случае эти куски просто развалятся от перегрева, и взрыва при этом не произойдет. Мощность взрыва атомной бомбы снижается также и за счет того, что некоторая часть ядерного взрывчатого вещества все же механически разбрасывается еще до того, как успели расщепиться все ядра атомов в заряде. Атомный взрыв сопровождается резким, громовым звуком, слышным на расстоянии десятков километров, и ослепительной вспышкой, видимой на расстоянии да 250 километров. При взрыве атомной бомбы в воздухе в месте взрыва на несколько секунд появляется огненный шар. Затем вырастает грибовидное клубящееся облако, достигающее высоты 10—15 километров, которое постепенно рассеивается. При взрыве атомной бомбы на земле над местом взрыва образуется ярко светящаяся полусфера, быстро перерастающая в грибовидное клубящееся облако. В результате взрыва атомной бомбы расщепляется1 примерно 0,1 процента ядер атомов заряда бомбы. Множество ядерных осколков, которые разбрасываются с огромной силой, летят с очень большой скоростью. Таким скоростям движения частиц в первый момент после взрыва соответствует температура в миллионы градусов. Кинетическая, то есть тепловая, энергия частиц составляет примерно 83% всей энергии, выделяющейся из разрушаемых ядер атомов. Остальные 17% выделяются в виде излучения. Сюда -входит энергия гамма-лучей w энергия, уносимая нейтрино. При взрыве атомной бомбы поражение вызывают ударная волна, световое излучение, невидимое радиоактивное излучение и образующиеся радиоактивные вещества. В районе взрыва атомной бомбы появляются радиоактивная пыль урана или плутония и, кроме того, радиоактивные вещества — осколки ядер атомов урана или плутония, в зависимости от вида заряда атомной бомбы. Ударная волна выводит из строя боевую технику, разрушает здания и сооружения, она опасна для незащищенных людей. Разрушительное действие ударной волны зависит от развиваемого ею давления. Если давление составляет примерно 5 тонн на квадратный метр, то* 94
такое давление способно разрушить капитальные городские здания. Для организма оно не опасно, люди выдерживают его без каких-либо серьезных последствий. Давление более высокое смертельно для человека. Световое излучение может поджечь горючие материалы и произвести ожоги открытых частей тела. Атомное взрывчатое вещество может служить зарядом не только в авиационных бомбах. Его можно использовать в ракетном снаряде, который современная техника способна забрасывать без самолетов на сотни километров. ВОДОРОДНАЯ БОМБА Действие водородной бомбы основано на ином принципе, чем атомной. Взрыв атомной бомбы — моментально протекающее расщепление на осколки ядер изотопов атомов урана 233, урана 235 или плутония. При взрыве же водородной бомбы происходит соединение, то есть синтез ядер атомов тяжелого и сверхтяжелого водорода в новые, еще более тяжелые ядра атомов гелия. Подобные реакции непрерывно протекают на звездах. В этих процессах преобладают ядерные реакции, то есть реакции, связанные с энергией атомного ядра. Энергия, высвобождающаяся при этих реакциях, огромна. Энергия, которая может быть выделена при синтезе 30 килограммов гелия, превышает энергию, которую вырабатывают в течение года крупнейшие гидроэлектростанции мира. При температуре порядка 20 градусов скорость движения атомов водорода составляет несколько сот метров в секунду. Этих скоростей далеко не достаточно для того, чтобы сблизить ядра атомов водорода на расстояние, равное диаметру атомного ядра, и, введя таким образом в действие ядерные силы, осуществить реакцию синтеза гелия. Такая реакция возможна лишь при температурах в несколько сотен тысяч градусов. При этой температуре могут протекать реакции ядерного синтеза, например нейтрон и протон образуют ядро атома тяжелого водорода — дейтерия. Образовавшийся дейтерий впоследствии может снова присоединить к себе протон. В результате появится ядро атома легкого гелия, состоящее из двух протонов и одного нейтрона. Такая реакция протекает уже при 300—400 тысячах градусов. 95
Все ядра атомов водорода полностью участвуют в образовании гелия только при температуре в несколько десятков миллионов градусов и давлении в миллиарды атмосфер. Количество энергии, получаемой при делении одного ядра атома урана, в 10 раз больше, чем при образовании одного ядра атома гелия. Но если учесть, что масса атома урана почти в 60 раз больше массы атома гелия, то станет ясным, что в пересчете на одинаковую массу при ядерной реакции синтеза гелия освобождается примерно в шесть раз больше энергии, чем при реакции расщепления атомных ядер урана и плутония. Это получается потому, что при тесном сближении протонов ядерные силы совершают огромную работу. За счет этой работы появляется избыточная энергия, которая излучается от ядер атомов гелия в окружающее пространство, словно тепло от раскаленного тела. При синтезе гелия энергия выделяется за счет работы -ядерных сил чуть ли не от каждой пары сблизившихся протонов. А при расщеплении ядер тяжелых атомов энергия освобождается в основном за счет работы ядерных сил лишь в месте разрыва крупного ядра на два мелких ядра. Отсюда понятно, почему энергия синтеза больше энергии расщепления атомных ядер. Осуществить синтез гелия в земных условиях стало возможным лишь после того, как ученые создали атомные взрывчатые вещества. После этого оказалось возможным и создание водородной бомбы. Взрывчатым веществом в атомной бомбе служит уран 233, или уран 235, или плутоний. Взрывчатым же веществом в водородной бомбе является тяжелый водород — дейтерий и сверхтяжелый водород — тритий. Смесь этих веществ, как мы уже говорили, при обычной температуре не может взорваться. Поэтому в водород- запал; 3 — сосуд с -, ^ г « дейтерием и^ три- ную бомбу в качестве составной части " входит атомная бомба, играющая в ней Принципиальная^ схема водородной бомбы. .Д и Т —дейтерий и тритий; 1 — заряд атомного взрывчатого вещества; 2 — заряд обычного взрывчатого вещества и тием; 4 — оболочка водородной бомбы. '95
роль взрывателя. При взрыве атомной бомбы на очень короткий промежуток времени развивается температура порядка многих миллионов градусов. Под влиянием этой температуры тяжелый и сверхтяжелый водород соединяются и образуют гелий. Чем больше заряд водородной бомбы, то есть чем больше в ней трития и дейтерия, тем мощнее эта бомба, тем большие разрушения она может произвести. В районе взрыва водородной бомбы появляется много нейтронов, примерно 20% от веса водорода, израсходованного на образование гелия. Эти нейтроны способны превращать атмосферный азот в радиоактивный углерод, который, соединяясь с кислородом, дает радиоактивный углекислый газ. Помимо нейтронов, после взрыва водородной бомбы в воздухе будет находиться и некоторое количество радиоактивного трития. Размер атомной бомбы диктуется критической массой урана и плутония. Водородную же бомбу можно изготовить различных размеров. Ее разрушительная сила намного превышает разрушительную силу атомной бомбы. Заряды из дейтерия и трития можно применять не только в авиационных бомбах, но и в ракетных снарядах, а также в торпедах. КОБАЛЬТОВАЯ БОМБА В районе взрыва атомной или водородной бомбы появляются невидимые радиоактивные излучения, вредные для человека. Помимо этого, в результате взрыва происходит заражение воздуха и местности радиоактивными веществами, тоже вредно действующими на человеческий организм. Продолжительность действия радиоактивных веществ различна. Действие одних, например натрия, кратковременно, других, например кобальта, более или менее продолжительно. Натрий, которого много в почве и воде, под действием нейтронного излучения становится радиоактивным. Ядра атомов этого элемента выбрасывают поток электронов и гамма-лучи, в результате чего натрий превращается в магний. Но срок действия радиоактивного натрия не велик. Примерно через 15 часов половина его превратится 7 А. Буянов 97
в безвредный магний. Спустя еще 15 часов и оставшееся количество сократится вдвое. Кобальт от воздействия нейтронного излучения тоже становится радиоактивным. Ядро атома кобальта при этом поглощает один нейтрон. Распадаясь, радиоактивный изотоп кобальта выбрасывает поток электронов и гамма-лучи. Продолжительность излучения кобальта измеряется годами. Только через пять с лишним лет от образовавшегося количества радиоактивных атомов кобальта останется половина. Следующие пять лет потребуются на сокращение вдвое оставшейся половины. Это свойство кобальта возможно использовать для создания нового типа бомбы. В ней обычная оболочка водородной бомбы заменена кобальтовой. Такая бомба названа «кобальтовой». Чем же отличается эта бомба? Известно, что в результате взрыва водородной бомбы образуется много свободных нейтронов. Кобальт, из которого сделана толстая оболочка бомбы, поглощает эти нейтроны и делается радиоактивным. При взрыве эта оболочка распыляется и происходит разбрасывание радиоактивной кобальтовой пыли. В связи с этим район взрыва может оказаться зараженным на длительное время. Однако рассеивание кобальтовой пыли происходит чересчур сильно. Это в значительной степени уменьшит интенсивность излучения пыли. Кроме того, первый же дождь смоет и унесет в почву или в водоемы значительную часть осевшей на землю радиоактивной пыли, что еще больше обезопасит район взрыва от вредных излучений. БОЕВЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Использование радиоактивных веществ в качестве боевых средств стало возможным лишь с того момента, когда люди научились получать эти вещества искусственным путем. Раньше никто бы не подумал о том, что можно применять радий, например, как боевое средство, так как он стоил очень дорого. Теперь искусственным путем уже создано свыше 700 радиоактивных изотопов. В очень больших количествах получаются радиоактивные 98
вещества при производстве ядерных взрывчатых веществ, где они являются отходом производства. В небольших дозах радиоактивные излучения используют при лечении ряда болезней. Однако интенсивное излучение при продолжительном воздействии его на человеческий организм может оказаться для человека вредным, а иногда даже и смертельным. Боевые радиоактивные вещества могут применяться в виде жидкостей, порошков и дымов. Не исключена возможность применения их в смеси с отравляющими веществами. В результате применения боевых радиоактивных веществ происходит радиоактивное заражение местности и воздуха, как и при атомном взрыве. Их поражающее действие сходно с поражающим действием подобных веществ, оседающих при атомном взрыве. Одной из характерных особенностей радиоактивных веществ является то, что они могут не1 иметь специфического запаха, цвета и других внешних признаков, свойственных многим боевым отравляющим веществам. Радиоактивное заражение обнаруживается при помощи специальных приборов — счетчиков. При воздушном взрыве радиоактивное заражение обычно незначительно, так как радиоактивные частицы уносятся облаком и рассеиваются на большой площади. Поэтому в район взрыва можно войти через несколько минут после взрыва. При наземном или подземном взрыве, когда радиоактивные вещества, смешиваясь с землей, быстро оседают, радиоактивное заражение, особенно в радиусе 400—500 метров от места взрыва, значительно. Особенностью части радиоактивных веществ, образовавшихся при взрыве, является быстрый спад их радиоактивности. В связи с этим даже сильно зараженные участки местности через несколько дней становятся безопасными. На зараженной местности человек может подвергнуться действию радиоактивных излучений (облучению) и радиоактивному заражению кожных покровов тела. Возможно также попадание радиоактивных веществ внутрь организма (с воздухом, водой, пищей). При воздействии больших доз радиации и попадании радиоактивных ве- 7* 99
ществ внутрь организма произойдет заболевание лучевой болезнью. Радиоактивные вещества, попавшие на кожу и слизистые оболочки глаз, носа и рта и своевременно не удаленные с них, могут вызвать язвы и воспаления. Избежать поражения при обращении с зараженными предметами можно, удалив радиоактивные вещества с их поверхности. В отличие от химических отравляющих веществ, радиоактивные вещества нельзя нейтрализовать или разложить. Их можно только удалять, то есть смывать, стирать, сметать. Уменьшению или предотвращению потерь от действия радиоактивных веществ способствует сокращение времени пребывания людей на зараженном участке, а также меры, препятствующие попаданию радиоактивной пыли внутрь организма. От этого предохраняют обычные противогазы. От заражения поверхности тела предохраняет одежда из плотной хлопчатобумажной ткани. История войн свидетельствует о том, что какой бы силы оружие ни изобреталось в ту или иную эпоху, люди всегда находили пути защиты от него. Даже против такого страшного оружия разрушения, каким является атомное оружие, создаются эффективные средства и способы защиты. Свидетельством этому является и сообщение ТАСС, опубликованное 17 сентября 1954 года. В этом сообщении говорится: «В соответствии с планом научно- исследовательских работ, в последние дни в Советском Союзе было проведено испытание одного из видов атомного оружия. Целью испытания было изучение действия атомного взрыва. При испытании получены ценные результаты, которые помогут советским ученым и инженерам успешно решать задачи по защите от атомного нападения». Против поражающего действия атомного оружия имеется также много обычных способов защиты. Об этом пишут ученые, военные специалисты и за рубежом. В 1953 году в США вышла в свет книга американского ученого Ральфа Лэппа «Новая сила». В ней автор пишет, что не так уж страшно атомное оружие, каким его пытаются представить. «Просто глупо утверждать, — пишет он, — будто «нет защиты от атомной бомбы». Даже такие простейшие защитные средства, как окоп или зем- 100
ляная щель, делают безопасным для людей пребывание на сравнительно небольшом расстоянии от места взрыва. «Старая поговорка «окоп — лучший друг солдата» остается в силе даже в век ...атомного оружия», — пишет Ральф Лэпп. Автор прав. Он делает вывод не путем умозаключения, а на основании печального для человечества опыта- взрыва атомных бомб в Японии, где люди, находившиеся в земляных укрытиях и щелях поблизости от места взрыва бомбы, или совсем не пострадали или получили слабые ожоги. Поскольку от центра взрыва в разные стороны распространяется ударная волна, она несет с собой массу чрезвычайно сильно нагретого воздуха. Тепловые лучи способны произвести ожог незащищенного тела. Одежда, особенно белая или светлого цвета, лучше всего отражает тепловые лучи. Это известно всем: ведь в жаркий день уберечься от солнечных лучей легче в белом или светлом костюме. Ударная волна производит и разрушения, но это касается главным образом легких зданий. При атомном взрыве в Хиросиме почти не пострадали железобетонные здания даже невдалеке от центра взрыва. Одно из таких железобетонных зданий сохранилось, находясь всего лишь в 270 метрах от места взрыва бомбы. Мало пострадали также земляные щели и котлованные убежища, построенные населением для защиты от обычных авиационных бомб. Солдат-пехотинец на протяжении веков испытывал на себе действие всех новых видов оружия. И из всех испытаний он выходил победителем. Люди, умеющие создавать какое-либо оружие, смогут и защищаться от него. Они сильнее всякого оружия. Путь применения атомной энергии в военных целях — это не тот путь, по которому в дальнейшем пойдет человечество. Пути применения великого научного открытия в мирных целях указывает всему человечеству Советский Союз. Наш народ, так же как и все миролюбивые народы мира, не хочет войны. Он готов дать суровый отпор тем, кто попытается помешать выполнению грандиозных хозяйственных и экономических планов дальнейшего разви- 101
тия и достижения расцвета Советского государства. Поэтому наш народ, встречая горячую поддержку простых людей всего мира, требует запрещения атомного оружия, борется за использрвание атомной энергии только для мирных целей. Ведь каждая тонна атомных материалов, предназначенная для производства оружия, — это ущерб производству атомной энергии для мирных целей, вопреки интересам человечества. Мирное использование атомной энергии безгранично расширяет власть людей над стихийными силами природы, открывает перед человечеством колоссальные возможности роста производительных сил, технического и культурного прогресса, увеличения общественного богатства. Во всех странах мира все громче звучат требования прекратить производство любого оружия массового уничтожения мирного населения. Народные массы, которые являются подлинными творцами истории, не допустят, чтобы кто-либо атомными и водородными бомбами попытался повернуть историю вспять. ЗАПРЕТИТЬ АТОМНОЕ ОРУЖИЕ! Силы мира растут, и отпор замыслам агрессоров крепнет. В сознании народов произошли глубокие перемены, выросла их организованность. Они требуют от правительств своих стран принять предложения Советского Союза о создании системы коллективной безопасности, о запрещении любого оружия массового уничтожения людей. Внешняя политика Советского Союза — это политика мира и дружбы между народами. На протяжении всей своей истории Советское государство твердо и последовательно защищало и защищает дело мира. Еще на первой сессии Генеральной Ассамблеи ООН в 1946 году Советское правительство предложило провести всеобщее сокращение вооружений и вооруженных сил. На второй сессии Генеральной Ассамблеи ООН в 1947 году Советское правительство взяло на себя благородную инициативу в осуждении пропаганды новой войны в любой форме, а на третьей сессии, в Париже, в 1948 году — предложило пяти главным державам сокра 102
тить на одну треть свои вооружения и вооруженные силы и запретить атомное оружие, учредив для наблюдения и контроля за проведением в жизнь этих мероприятий строгий международный контроль. Эта резолюция, однако, была отклонена большинством Генеральной Ассамблеи, последовавшим за США и Англией, выступавшими против миролюбивых предложений Советского Союза. В соответствии со своей неизменной политикой. Советское государство и позже неоднократно предлагало правительствам других стран провести значительное сокращение вооружений и запретить атомное и другие виды оружия массового уничтожения. Однако правительства капиталистических государств каждый раз отвергали миролюбивые предложения Советского Союза. Требования Советского государства — раз и навсегда запретить атомное оружие, предотвратить возникновение новой войны — решительно поддерживает большинство населения земного шара. В борьбе за осуществление этих требований объединили свои усилия люди разных социальных слоев, различных политических и религиозных убеждений. Более 600 миллионов человек поставило свои подписи под Стокгольмским Воззванием с требованием запрещения атомного оружия. Сотни тысяч митингов и собраний в СССР и странах народной демократии, массовые митинги в Англии, Франции, выступления трудящихся Италии, протесты населе* ния Западной Германии, растущее возмущение народных масс малых стран Западной Европы — Дании, Бельгии, Норвегии и др. показывают, что народы сознают нависшую над ними опасность и решительно отстаивают свое право на мирную жизнь. За мирное решение международных проблем и с требованием запретить атомное оружие выступают крупнейшие страны Азии — Индия, Индонезия, Бирма. Под этим требованием в Японии собрано 30 миллионов подписей. Крупнейшие международные организации — профсоюзные, женские, молодежные — выступают с требованием запретить оружие массового уничтожения людей. Проходившая в декабре 1954 года в Варшаве сессия Генерального совета Всемирной федерации профсоюзов, 103
объединяющей 80 миллионов трудящихся, потребовала прекратить гонку вооружений, запретить атомное оружие и принять меры к ослаблению международной напряженности. Представители молодых крестьян, собравшиеся на международную встречу сельской молодежи в Вене, потребовали: «Сохранить мир на земле, не допустить развязывания войны». Молодежь, которая очень хорошо представляет возможности атомной энергии в деле прогресса и роста благосостояния человечества, если ее использовать в мирных целях, поднимает голос для защиты своего будущего. Молодое поколение не хочет жертвовать своими жизнями во имя исполнения преступных замыслов. Его оптимизм, любовь к сокровищам человеческой культуры и всему прекрасному позволяют мечтать о мире, в котором все достижения научной мысли будут направлены на улучшение жизни людей. Запретить атомное оружие! С такими требованиями выступают не только массовые организации трудящихся, но и виднейшие ученые, политические деятели, работники культуры и искусства. Среди них — французский ученый Фредерик Жолио-Кюри, профессор ядерной физики Лондонского университета Э. Буроп, американский ученый Генри Куостлер, индийский ученый Китчлу, французский писатель Жан-Поль Сартр, художник Пикассо, настоятель Кентерберийского собора (Англия) Хьюлет Джонсон, итальянский священник Андреа Гаджеро и многие Другие. Запретить атомное оружие! — эти слова стали лозунгом всех народов земного шара. Запретить «это самое величайшее из всех зол», — требовал всемирно известный ученый А. Эйнштейн. Запретить атомное оружие и его испытание, — требует премьер-министр Индии Джавахарлал Неру. «Даже сами опытные испытания бомбы стали опасны для мира, — говорит он. — До сих пор мы боялись большой войны, в которой могут быть применены атомная и водородная бомбы. Но даже до того, как начнется война, эти опыты могут привести к разрушениям, которые мы не в силах будем предотвратить». 104
Ритчи Колдер, редактор отдела науки в газете «Ньюс кроникл» (Англия), писал: «Безопасная зона вокруг Маршальских островов, где проходило испытание, лежит на расстоянии 450 миль по радиусу от этих островов. Все, что находится внутри этого радиуса, подвержено «риску». Если перенести эту схему на территорию Англии и принять Бирмингам за ее центр, она покроет полностью Британские острова, Голландию, Бельгию, половину Франции и Германию до Франкфурта. Несомненно, настало время остановиться и хорошенько подумать...» Один из видных деятелей лейбористской партии Англии— Бивен, выступающий за запрещение атомного оружия и за мирные переговоры между правительствами, заявил: «Мы информированы о том, что наш остров просуществует в будущей войне только 30 часов. Если мы начнем войну, мы все погибнем». Атомные и водородные бомбы — это оружие массового уничтожения мирного населения, оружие разрушения городов. Оно особенно опасно для стран с маленькой территорией и большим населением. Поэтому понятна тревога населения Англии, Франции, Бельгии и других стран, которым атомное оружие грозит неисчислимыми бедствиями. «Если бы только люди знали, — говорит Хо- фильд, демократ, член конгресса от штата Калифорния (США), — что принесет их странам атомная война, они бы заставили политических деятелей мира собраться за столом конференции и урегулировать свои разногласия мирным путем». Народы мира понимают, что планы развязывания атомной войны в Европе ставят под угрозу само существование западноевропейских государств, где на небольшой территории сосредоточены густо населенные промышленные и культурные центры. 19 января 1955 года в Вене на расширенном заседании Бюро Всемирного Совета Мира выдающиеся представители более чем тридцати стран Европы, Азии, Америки, Африки и Австралии приняли Обращение к народам мира. «В настоящее время, — говорится в этом Обращении, — некоторые правительства готовятся развязать атомную войну. Они хотят внушить народам мысль о ее неизбежности. 105
Применение атомного оружия привело бы к истребительной войне. Мы заявляем, что правительство, которое развяжет атомную войну, будет лишено доверия своего народа и будет осуждено всеми народами. Мы выступаем против тех, кто подготовляет атомную войну. Мы требуем уничтожения во всех странах запасов атомного оружия и немедленного прекращения его производства». Широкая международная кампания по сбору подписей под этим важнейшим документом показывает твердую решимость народных масс избавить мир от ужасов атомной войны. И они в состоянии заставить отступить любых поджигателей новой, атомной войны. КТО СЕЕТ ВЕТЕР, ТОТ ПОЖНЕТ БУРЮ Нож в руках резчика по дереву — это прибор, при помощи которого он производит великолепные произведения искусства. 3foT же нож в руках преступника — опасное оружие. Атомная энергия в руках людей, занятых созидательным трудом, — могущественная сила прогресса. Атомная энергия в руках поджигателей войны, мечтающих подчинить себе все народы мира, — опаснейшее оружие, способное уничтожать большие города и омертвлять целые районы. Сила атомного взрыва исключительно велика. Когда в 1883 году на острове Кракатау в Индийском океане произошло извержение вулкана, по силе равное взрыву довольно большой водородной бомбы, поднявшийся столб пыли достиг верхних слоев атмосферы, где эта пыль в течение почти целого года перемещалась вокруг Земли и вызывала в некоторых странах, например в Англии, такие явления, как яркокрасный цвет неба при заходе солнца. В результате взрыва водородной бомбы, то есть в результате высвобождения огромного количества энергии, появляется масса газа, подобная воздушному шару. И чем больше высвобождается энергии, тем выше поя- ГОб
нимается этот шар. Разумеется, в данном случае газ является радиоактивным. Он достигает верхних слоев атмосферы. В этих слоях существуют быстрые, еще не изученные воздушные потоки, известные под названием реактивных потоков, так как их скорость превышает 100 километров в час. Таким образом, пыль, поднятая взрывом водородной бомбы, может пронестись вокруг всего земного шара за один-два дня. Вся суть дела в том, что действие взрыва бомб подобного размера распространяется на весь мир. Между тем до сих пор наука имела только общее представление о последствиях такого взрыва. Что было известно, например, о воздействии взрыва на воду, приобретающую свойства радиоактивного действия на рыбу, которая может оставаться пораженной в течение неопределенного времени? Можно, пожалуй, контролировать передвижение рыболовных судов, но нельзя контролировать передвижение рыбы. Особым свойством новых, водородных бомб является то, что результаты их взрыва полностью трудно предвидеть. Атомная война угрожает гибелью сотням миллионов жизней, разрушением крупнейших центров культуры и промышленности, которые могут быть сожжены и разрушены. О неизбежности такой войны назойливо твердили не только безответственные реакционные журналисты, но и люди, занимающие видные посты в политике и экономике Соединенных Штатов Америки и Англии. С призывом использовать в случае военного конфликта атомное и водородное оружие выступали некоторые реакционные генералы. Кое-кто из них даже открыто заявлял, что в верховном штабе Северо-атлантического блока строят планы на использование атомного и водородного оружия. Эти заявления вызвали чувство глубокого негодования у всех честных людей мира. Резкую отповедь факельщикам войны, размахивающим атомной бомбой, дал в своей статье, опубликованной в «Правде», маршал Советского Союза Василевский. Он напомнил, что тот, кто посмел бы развязать войну, оказался бы в самом незавидном положении. Опыт вто- 107
рой мировой войны еще свеж у всех в памяти, чтобы* нужно было напоминать о том, чем кончился для гитлеровской Германии предпринятый ею поход против СССР. А ведь с тех пор в мире произошли большие перемены. Сейчас Советский Союз, как известно, еще более силен,, а рядом с ним стоят Китайская Народная Республика; с 600-миллионным населением и другие страны народной демократии. Мощный монолитный лагерь мира, демократии и социализма встречает горячую поддержку у всех миролюбивых народов. Что же касается технической стороны военного дела, то, конечно, она за эти десять лет развивалась в Советском Союзе достаточно* успешно. Международные агрессивные круги под прикрытием фальшивых разговоров о якобы оборонительном характере атомного оружия, о «тактическом» применении атомной бомбы продолжали свое черное дело подготовки новой войны. По решению Совета Северо-атлантического блока, военное командование фактически получило право- по своему произволу определить место и время применения атомного оружия. Но сторонники такого способа решений международных спорных вопросов не учли, что* давно миновало то время, когда правительства могли вершить судьбами народов, не считаясь с волей самих народов. Планы развязывания атомной войны вызывают грозное возмущение и протесты народов. Поэтому реакционные круги были вынуждены маневрировать, чтобы ввести в заблуждение общественное мнение. В печати и по радио они раздували спор о том, кто должен «держать палец на спусковом крючке», — о формах, способах и выборе момента для применения атомного оружия. Таким образом, они хотели внушить народам мысль, будто* применение ядерного оружия является делом решенным. Говоря о неизбежности и даже необходимости атомной войны, игроки с огнем пытались этим жульническим маневром усыпить бдительность народов, заставить- людей свыкнуться с мыслью о том, что без такой войны не обойтись, а потому всякая борьба против применения атомного оружия заведомо бессмысленна. Однако эти попытки, рассчитанные на то, чтобы усыпить бдительность народов, терпят провал. Во всех стра- 108
шах мира люди все лучше понимают, что единственным путем для урегулирования всех нерешенных спорных вопросов являются переговоры, а не война. Все новые и новые голоса с требованием запретить атомное оружие ■слышны во всех уголках земного шара. Трудящиеся всего мира теснее сплачивают свои ряды, объединяют свои усилия для борьбы против угрозы, нависшей над человечеством. Эту борьбу возглавляет 'Советский Союз, последовательно проводя политику мира ,и дружбы между народами. Советское государство заинтересовано в том, чтобы (новый вид энергии использовался в мирных целях, на благо, а не для уничтожения людей. Однако агрессивные круги продолжали всячески препятствовать запрещению атомного оружия — этого чудовищного средства массового уничтожения людей. Именно это обстоятельство заставляло Советский Союз усиленно укреплять •свою обороноспособность. Стремясь устранить угрозу мирному труду советского народа и всех народов, безусловно заинтересованных в мире и гарантиях против •опасности новой войны, Советское государство вынуждено иметь все виды современного оружия, в том числе и атомное оружие. Известная пословица гласит: «Кто сеет ветер, тот пожнет бурю». Жестоко просчитаются те, кто посмеет выступить в роли сеятелей атомной войны. В этой связи не лишено интереса высказывание известного английского ученого-физика П. М. Блэкетта о том, что после создания водородной бомбы количественный перевес в атомном вооружении Соединенных Штатов (может быть, и приобретенный ими сразу после окончания второй мировой войны) в настоящее время уже не может играть какой-либо роли. «Преимущество, приобретенное в Соединенных Штатах за счет выигрыша времени в начале так называемой «новой атомной эры», в настоящее время уже утрачено...», — заявил советский ученый, академик Д. В. Скобельцын. 18 сентября 1953 года было опубликовано сообщение ТАСС о том, что, в соответствии с планом научно-исследовательских работ в области атомной энергии, в СССР •были проведены испытания нескольких новых типов атомных бомб. «...До тех пор, — говорится в этом сооб- 109
щении, — пока ответственные круги США отвергают настойчивые предложения СССР о запрещении атомного оружия, Советский Союз, исходя из требований безопасности, вынужден уделять внимание производству атомного оружия. Вместе с тем Советский Союз будет и впредь следовать политике укрепления мира между народами, добиваясь соглашения с другими странами о безусловном запрещении атомного, водородного и других видов оружия массового уничтожения, значительного сокращения вооружений и установления строгого международного контроля за осуществлением этих решений». Обладая атомной и водородной бомбами, Советский Союз никому не думает угрожать. Исходя из жизненных интересов человечества, он требует запрещения атомного оружия и установления строгого контроля за таким запрещением. Это является лучшим доказательством миролюбия Советского государства. Если же агрессивные круги капиталистических стран решились бы развязать новую мировую войну, то подобная авантюра неизбежно привела бы к жестокому разгрому агрессора. «Погибнет не «мировая цивилизация», сколько бы она ни пострадала от новой агрессии, а погибнет та уже подгнившая общественная система с ее пропитанной кровью империалистической основой, которая отживает свой век, осуждаемая за свою агрессивность и отвергаемая за эксплуатацию трудящихся и угнетенных народов» 1. Эту очевидную истину начинает понимать все больше и больше людей во всех странах мира. Красноречивым свидетельством этому является позиция известного- английского ученого лорда Бертрана Рассела. Призывая отказаться от угрозы войны, как орудия политики, Бертран Рассел говорит, что нужно покончить с «атомным хвастовством» и проявить «мужество в интересах мира». Все это свидетельствует о том, что и в буржуазных кругах Западной Европы растет отвращение к чудовищным замыслам сторонников атомной войны. Советское правительство, верное своей миролюбивой политике, со всей готовностью поддержало предложение 1 В. М. Молотов. О международном положении и внешней^ политике правительства СССР, Госполитиздат, 1955, стр. 45—46. ПО
Всемирного Совета Мира о том, чтобы во всех странах были уничтожены запасы атомного оружия и немедленна прекращено его производство. Только тогда народы мира будут наконец избавлены от угрозы атомной войны. Советский Союз уверен в своих силах, уверен в своем будущем. Проводимая им политика мира пользуется широкой моральной и политической поддержкой народных масс в других странах. Сознательность сотен миллионов людей в наши дни настолько возросла, что они, как и все советские люди, с полным убеждением в правоте своего дела будут до конца бороться против любой агрессии. Силы мира уже теперь могущественнее сил агрессии и войны.
ж ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА АТОМНЫЙ ВЕК ителю прошлого века трудно было представить, что мы, сидя дома, будем видеть на экранах далеко происходящие действия, что нам удастся осуществлять разговор без проводов между крайними точками земного шара и т. д. И нам нелегко теперь предвидеть то, что принесет с собой атомная энергия в ближайшем будущем. Но то, что она обещает дать очень многое для науки, для техники, для прогресса, — это абсолютно бесспорно. В подобных случаях помогает мечта. Помечтаем и мы с вами! Допустим, что прошло несколько лет упорной работы ученых и инженеров. Многие заводы и фабрики получат электрический ток не с электрических, а с атомных станций. Пароходы переименуют в атомоходы или как-либо иначе. Роль ледоколов станут выполнять небольшие атомные установки на кораблях. При помощи этих установок лед будет «сжигаться» перед носом идущего во льдах судна. Вы спросите: как? Разве возможно, чтобы вода или лед горели? Конечно, возможно! Когда мы нагреваем воду до 1 400 градусов, то из миллиона молекул воды около ста расщепляется на атомы — на водород и кислород. При температуре 3 092 градуса разрушается на атомы около 13% всех молекул воды. Представьте себе, что при помощи атомной энергии мы нагреваем какую-то часть воды до еще более высокой температуры. Вся вода при этом разложится на атомы водорода и кислорода. Если вслед за тем водород превратить в гелий, то при этом выделится в 10 рз 112
больше энергии, чем было истрачено. Так, «сжигая» лед, можно будет проводить караваны судов в любой ледовой обстановке. Мы явимся свидетелями того, что паровоз, например, приспособят двигаться на атомной энергии. На нем просто установят атомный двигатель. Такой «паровоз» способен без дозарядки топливом и водой везти поезд по самой длинной железнодорожной магистрали мира — от Москвы до Владивостока. В первые годы широкого использования атомной энергии не возникнет надобности заменять ею укоренившиеся уже в промышленности и на транспорте другие формы энергии. Она будет дополнять их. Но потом у 1 КГ ВОДОРОДА (В ГЕЛИЙ) Энергия килограмма угля (при сжигании его) способна переместить паровоз на расстояние 15 метров. Энергия килограмма урана (при расщеплении его) может двигать тот же паровоз безостановочно на расстоянии 40 тысяч километров. А энергии, выделенной при синтезе гелия из килограмма водорода, достаточно для того, чтобы катить паровоз на расстояние, равное, например, расстоянию от Земли до Луны. А. Буянов 113
атомной энергии появятся свои обязанности, которые не способен выполнять ни один из других видов горючего. Мы имеем в виду космические путешествия, гигантские взрывы, преобразовывающие природу страны, изменение климата и т. д. Так можно мечтать беспредельно. Но задача не только в этом. Надо мечтать так, чтобы увидеть в фантастическом будущем крупицы реального, уже нарождающегося в настоящем. То, о чем мы сейчас говорили, как будто бы отвечает таким условиям. Вернемся опять в покинутое нами «сегодня». В капиталистических странах много пишут о перспективах использования атомной энергии, но пишут в большинстве случаев неправду, пытаясь или вселить в людей тревогу и страх перед ужасами атомной войны, или пустыми разговорами о мирном применении атомной энергии отвлечь их от жгучих вопросов современности. Несколько лет назад американский журнал «Мэгэзин Дайджест» описал, как будет выглядеть Питтсбург в 1950 году, когда «атомные Ниагары» — огромные подземные атомные электростанции — будут давать электроэнергию почти даром. Питтсбург считается самым дымным, самым пыльным и самым грязным городом в США. Прошло уже несколько лет после предсказанной даты, а над Питтсбургом воздух не «кристальной прозрачности», как предполагалось, а еще больше задымлен и загрязнен, чем прежде. Электроэнергия же подорожала. Научный редактор газеты «Нью-Йорк геральд три- бюн» Джон О'Нейл написал книгу «Истинная история атомной энергии». В этой книге он пишет, что в недалеком будущем в США будет построен огромный аппарат, который способен направлять на рудные залежи мощный поток атомной энергии или струю нейтронов. Руда от этого расплавится и сама по себе распадется на железо и шлак. Такие мечты, не подкрепленные данными науки, приносят только вред. Они уводят людей в омут бредовой фантастики. Джону О'Нейлу, конечно, известно, что железо при нагревании соединяется с кислородом, а отделяется от него в закрытой печи лишь благодаря присут- 114
ствию угля. Следовательно, он явно шел на обман читателя. Но не будем задерживаться и поспешим ознакомиться с реальными результатами использования атомной энергии в стране социализма, где величайшее достижение науки — атомная энергия уже поставлена на службу человеку. НАЧАЛО ЭРЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 27 нюня 1954 года в СССР пушена первая в мире промышленная электростанция на атомной энергии. Эта атомная электростанция мощностью 5 тысяч киловатт дает электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов. Впервые промышленная турбина работает не за счет сжигания угля или других видов топлива, а за счет атомной энергии — расщепления ядра атомов урана. Вводом в действие атомной электростанции сделан реальный шаг в деле мирного использования атомной энергии. Так началась новая эра — эра атомной энергетики. Советские ученые и инженеры ведут работы по созданию промышленных электростанций на атомной энергии мощностью 100 тысяч киловатт. Электростанция мощностью 100 тысяч киловатт, работающая на ядерном топливе, будет потреблять его в сутки около килограмма. В то же время электростанция такой же мощности, работающая на обычном топливе, расходует ежедневно несколько тысяч тонн каменного угля. Электростанции, потребляющие обычное топливо, почти всегда строятся там, где обеспечена экономически выгодная доставка этого топлива. Иное дело с ядерным топливом, мизерные количества которого можно перевозить не эшелонами, а, образно говоря, в портфеле. Это открывает возможность строить энергетические станции во всех уголках нашей необъятной Родины и особенно там, где сейчас их возведение невыгодно, а порой совсем невозможно. Великий господин природы — человек — разыскал в недрах вещества такие клады, которые делают его обладателем могущественнейших сил, сил, которые «вечно» 8* 115
РЕГУЛ И РУН» 111 И И СТЕРЖЕНЬ ЗАЩИТА . ypAH 235УРАН23&. |ЭАиед»1пыь ФЮВАЯ ДОБ КА СМЕСИ УРА [ИА<235 Т0НИЕМИСПР0ЛУК- ТАМИ РАСЩЕПЛЕНИЯ растворены отделены ИЗВЛЕЧЕНИИ ПРОДУКТЫ РАСЩЕП _ЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИЙ ЗАВОД ХИМИЧЕСКИМИ МЕТАЛЛУРГИЧЕС- КИИ ЗАЮД ОАКТИВМАТЕРЙ'Ш ЭЛЕКТРОСТАН ЦИЯ НА ЯДЕРНОМ ГОРЮЧЕМ ХИМИЧЕСКИЙ ЗА50Л ХИМИЧЕСКИЙ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД ЗАВОД ПО ВЫДЕЛЕНИЮ U 235 ИЗ ЕСТЕСТВЕННОГО УРАНА На рисунке в центре круга — примерный вид электростанции, работающей на ядерном топливе. По окружности стрелками показан путь урановой руды от рудника к атомному котлу. Сверху — схема превращения урана 238 в плутоний. В графитовом котле в урановых стержнях образовался плутоний, который потом отделяется, а часть урана, не подвергшаяся реакции, возвращается обратно в котел.
поддерживают жизнь звезд, и поставил эти космические силы себе на службу. Так что же, в конце концов, представляют собой эти силы? КАК ПРАКТИЧЕСКИ ПОЛУЧАЕТСЯ АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ Килограмм угля при сжигании дает 3,5 киловатт-часа энергии, а атомная энергия, полностью выделенная из килограмма угля, равнялась бы суточной выработке энергии на всех энергетических установках мира, которые ежедневно сжигают его около 5 миллионов тонн. Тепловая энергия составляет примерно 83% всей энергии, выделяющейся из разрушаемых атомных ядер урана. Остальные 17% выделяются в виде энергии излучения. Сюда входит энергия гамма-лучей, энергия быстро летящих нейтронов и электронов и энергия, уносимая нейтрино. Больше половины всей излучаемой энергии приходится на нейтрино, остальная часть падает на долю электронов и гамма-лучей. Тепловая энергия, то есть энергия движения ядерных частиц, и энергия излучения — вот та энергия, которую мы называем ядерной или атомной. Колоссальные температуры, образующиеся при ядерных реакциях, — величайшая сила, которой никогда еще не владело человечество. И теперь, когда эта сила может по желанию воспроизводиться на Земле, человек оказался плохо подготовленным для ее использования. Люди на протяжении веков использовали малоконцентрированную энергию — энергию электронов и приспособили к ней все технические средства и транспорт. А когда наука овладела способом получения сверхконцентрированной энергии — энергии атомного ядра, то встал вопрос: как ее использовать? Конечно, первое решение было такое: приспособить новую форму энергии к существующим двигателям, то есть теплом, получаемым цри ядерных реакциях, переводить воду в пар, а пар использовать для вращения турбины. Ни для кого не секрет, что данное решение — лишь временный выход из создавшегося положения, так как сочетание пара и атомной энергии в одной силовой стан- 117
ции — это подобно установке реактивного двигателя на • телеге. Получилось так, что наука обогнала технику. И приходится яа пороге энергетической эры пользоваться устаревшей схемой со многими механизмами-посредниками. Энергия атомного ядра требует новой техники, новых двигателей, и эти двигатели, надо полагать, скоро появятся. Кое-что из техники грядущего мы попытаемся описать на страницах этой книги. Как в будущем станут использовать атомную энергию? Каковы пути развития ядерной техники? На эти вопросы мы постараемся ответить в заключительной главе книги. Итак, тепловая энергия — основная часть энергии атома. Из этого и стали исходить при ее использовании. Основной установкой на атомной энергетической станции является атомный котел, или, точнее, ядерный реактор. Топливом в таком котле служит уран. Сжигание этого топлива, да и котлы, в которых происходит сжигание, необычны. Сам атомный котел делают не из железа, а из графита, и топками в нем служат цилиндрические гнезда, сделанные в графитовом теле котла. В топке атомного котла огня вы не увидите. Тепло из уранового топлива * выделяется при беспламенной реакции. Гнезда загружаются стержнями металлического урана, содержащими смесь урана 235 и урана 238. Разжигать это топливо не надо. Уран 235 — радиоактивное, то есть саморазрушающееся, вещество. Ядра его атомов распадаются на более простые, при этом выделяются нейтроны, которые, попадая в ядра атомов урана 238, превращают его в новый химический элемент — плутоний. Процесс расщепления урана 235 сопровождается выделением огромного количества тепла. Сжигать уран в атомных котлах можно без того, чтобы производить плутоний,, разрушая только уран 235. Тогда количество тепловой энергии еще больше возрастает. Эта энергия при помощи соответствующих установок переводится в электрическую. Такова в принципе схема получения электрической энергии на атомной электростанции. 118
Примерная схема паротурбинной установки с электрогенератором. Установка работает на урановом ядерном топливе. РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ «Сжигание» на силовой станции одной тонны обогащенного урана (в природной смеси урана 235, как уже было сказано, содержится 0,07%; повышая его концентрацию, обогащают смесь) дает около 6 миллиардов киловатт-часов электрической энергии. Иэ «огарков» выделяется плутоний, которого хватит на производство несколько меньшего количества энергии в каком-либо другом месте. Помимо всего, в качестве отходов получается около тонны новых радиоактивных веществ. Такими радиоактивными веществами в настоящее время широко пользуются у нас в различных отраслях народного хозяйства. Радиоактивное излучение применяется для стерилизации пищевых продуктов; изделия из каучу- 119
ка после облучения становятся прочными и жароустойчивыми; газ этилен под воздействием радиоактивных лучей превращается в ценную пластическую массу; радиоактивные излучения применяются для лечения рака, стригущего лишая, волчанки. В нашей стране все достижения науки поставлены на службу человеку. Забота о благе народа является высшим законом деятельности Коммунистической партии и правительства СССР. По-иному стремятся использовать достижения ученых капиталистические монополии, для которых научное открытие — это прежде всего средство для извлечения прибыли. Обвинительным документом против американских атомщиков является, например, статья, опубликованная научно-популярным журналом «Популар Сайенс». Она сообщала, что на заводах США, производящих атомные материалы, радиоактивный иод бесцельно уходит с дымом в трубы. В то же время лечение этим препаратом заболевшего раком щитовидной железы обходится в 10 тысяч долларов. Конечно, приобрести такой препарат могут только очень богатые люди. «спички» для ядерного горючего Уран и торий могут быть использованы и для выработки энергии, и для производства ядерного взрывчатого вещества. Поэтому реакторы на этом «горючем» одновременно являются и силовой станцией, и арсеналом. Но о ядерном «горючем» мы уже говорили. Поговорим теперь о «спичках», которыми его разжигают. Регулируется процесс «горения» урана нейтронами. Нейтроны являются своеобразными «спичками», при помощи которых ядра атомов урана 235 «зажигаются», то есть раскалываются и дают тепло, а ядра атомов урана 238 или тория поглощают нейтроны, превращаясь в плутоний или в уран 233. Свободные нейтроны могут быть выделены только в результате расщепления ядра атома; естественного источника их нет. Обычно их получают путем обстрела атомов бериллия протонами. При этом выбрасываются 120
так называемые быстрые нейтроны, с энергией в несколько миллионов электрон-вольт. Такие нейтроны применяются для получения лавинообразного процесса, то есть атомного взрыва. Для непрерывного производства атомной энергии необходимы медленные нейтроны, с энергией в несколько электрон-вольт или долей электрон-вольта. Для сравнения укажем, что энергия электронов, используемых в^ радиотехнике, не превышает 2—4 тысяч электрон-вольт. Рентгеновские лучи могут сообщить электронам энергию в несколько сот тысяч электрон-вольт. В электронной, оболочке мы имеем дело с энергией от 10 — для внешних электронов — до 100 тысяч электрон-вольт для электронов, близких к ядру. Нейтроны, получающиеся при расщеплении ядер, имеют различную скорость. Очень медленно летящие нейтроны легко захватываются атомными ядрами и ведут к дальнейшему их расщеплению. Более быстрые, будучи захвачены ядром атома урана 238, превращают его в плутоний. Очевидно, нужно как можно скорее замедлить движение нейтронов, иначе реакция при недостатке медленных нейтронов затухнет. Это делается при помощи графита. Урановые стержни помещают в отверстия в графитовом котле. В графите между быстро летящими нейтронами и пассивными атомами углерода происходят столкновения. От этого скорость нейтронов замедляется. Атом урана 235 легко захватывает их и, расщепляясь, дает несколько новых быстрых нейтронов, которые опять замедляются графитом. При работе реактора выделяется теплота. Ее нужно отводить и использовать, превращая в энергию, применимую в народном хозяйстве. В будущем, когда запасы топлива истощатся, атомная энергия заменит энергию топлива в промышленности и на транспорте. Возможно, будет найден также способ непосредственного использования энергии Солнца. Солнце в нашей планетной системе выполняет роль ядерного реактора, теплом и светом от которого человечество будет питаться на протяжении миллиардов лет. Надо только изыскать пути использования солнечной энергии, создав конструкции экономичных солнечных машин. 121
ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ С открытием ядерной энергии встал вопрос о путях ее, использования в различных отраслях народного хозяйства. В литературе уже были сообщения о создании атомных двигателей для подводных лодок, кораблей и самолетов. Одним из главнейших преимуществ этих двигателей является неограниченность радиуса действия оборудованных ими машин. Самолет, работающий на атомной энергии, может держаться в воздухе сутками, облететь без посадки вокруг света несколько раз, и все это — с максимальной скоростью и на предельной высоте. На дальние и длительные походы способна и подводная лодка. Военные преимущества таких машин совершенно очевидны. Однако для человечества несравненно более ценно применение атомной энергии в мирных отраслях народного хозяйства. Ученые Советского Союза работают над тем, чтобы найти применение атомной энергии в мирном строительстве, в созидательном творчестве, то есть в той области, где применение атомной энергии имеет неограниченные возможности. Производство атомной энергии ведется на ядерных реакторах. Ядерный реактор — это энергетическая установка нового типа, являющаяся источником тепла. Она могла бы отдавать энергию при очень высоких температурах, но, поскольку материал установки не может выдержать температуру, превышающую несколько тысяч градусов, приходится процесс выделения тепла ограничивать и получать от ядерного реактора тепловую энергию в пределах обычных температур. В современной ядерной технике реакторы используются для следующих целей: для получения энергии, в частности электрической; как источник движущей силы — атомные двигатели; как установка для производства атомного динамита — урана 233 и плутония, а также для выполнения исследовательских работ. Конструкции реакторов различны. Однако все они делятся на два основных класса: гомогенные (однородные) и гетерогенные (разнородные). 122
В гомогенных реакторах расщепляемый материал (уран или его окись) равномерно распределен в замедлителе (в графите или в воде). В гетерогенных реакторах расщепляемый материал в виде, например, стержней размещен в гнездах замедлителя. Обычное топливо разжигают при помощи спичек, но сюит только ему разгореться, как химическая реакция горения будет продолжаться, пока не иссякнет горючее. Уран «разжигают» нейтронами. Энергия у нейтронов разная. У тех, которые летят с большой скоростью, она велика, у медленно летящих — малая. Уран 235 и уран 238 неодинаково реагируют на удары очень быстрых, менее быстрых и совсем медленных нейтронов. Менее быстрые нейтроны легче всего поглощаются ураном 238, но при этом он не расщепляется, а превращается в плутоний. Очень же медленные нейтроны ураном 238 поглощаются слабо. В то же время уран 235 от них легко раскалывается. Таким образом, если кусок природной урановой смеси загружен в ядерный реактор, то ядра атомов урана 235 при делении образуют быстрые нейтроны. Эти нейтроны сразу же покинут реактор, и ядерная реакция «затухнет». Чтобы этого не случилось, скорость движения нейтронов замедляют графитом или тяжелой водой. Тогда медленные нейтроны вызывают деление новых ядер атомов урана 235, а выделяющиеся при этом более быстрые нейтроны частично поглощаются ураном 238, а частично замедляются и вновь производят расщепляющее действие на уран 235. Так, регулируя в реакторе количество медленных и более быстрых нейтронов, производят плутоний и используют тепло ядерных реакций для различных целей. Замедление скорости нейтронов происходит при столкновении их с атомами графита или с молекулами тяжелой воды. Из механики известно, что при столкновении летящего тела с неподвижным больше всего теряется энергии в том случае, когда массы обоих тел одинаковы. В среднем при этом теряется около 50% первоначальной энергии. Исходя из указанного, можно сделать вывод, что наилучшим замедлителем нейтронов будет водород, по- 123
скольку масса нейтрона чуть больше его массы. Но водород — газ, ему трудно придать требуемую плотность. Поэтому в качестве замедлителя применяют обычную или тяжелую воду, а также углерод в виде графита, который также хорошо замедляет нейтроны. В реакторе процесс расщепления ядерного горючего управляется. Это управление реакцией производится с помощью кадмиевых стержней. Кадмий способен поглощать нейтроны, производящие расщепление атомных ядер. А поглощая нейтроны из общего потока их в урановом котле, кадмиевые стержни позволяют при погружении их в котел регулировать процесс расщепления ядерного топлива. Рассмотрим гетерогенный реактор, или, как его еще называют, урановый котел. Этот реактор имеет графитовое тело с ячейками, в которые вставляются стержни металлического урана, запаянные в алюминиевую оболочку для предохранения их от коррозии. Быстрые нейтроны замедляются графитом и производят расщепление атома урана 235 с выделением новых нейтронов. При развале ядра урана 235 выделяется громадное количество тепла, которое отводится потоками охлаждаемой воды, специально подведенной к котлу. Так охлаждаются ураново-графитовые котлы в США, где производится атомная энергия для военных целей. Вода для охлаждения, например, Хэнфордских ураново-графи- товых котлов (в центре штата Вашингтон, к северу от Паско) в громадном количестве берется из реки Колумбии и после сброса повышает температуру воды реки на несколько градусов. У^аново-графитовый котел в Клинтоне (штат Теннесси) охлаждается потоками воздуха при температуре поверхности урановых стержней 150 градусов. Для уранового котла в Аргонне в качестве замедлителя взят не графит, а тяжелая вода, которая является» лучшим замедлителем, чем графит; такой котел значительно меньше по размерам, чем графитовый. Горячая вода от ядерных реакторов может быть использована для создания на ней теплоэлектростанций, для теплофикации городов и селений, для устройства оранжерей и теплиц. 124
Горячий воздух может быть использован в промышленности для целей отопления и вентиляции. Отведение тепла от ядерного реактора осуществляют и другими теплоносителями: газообразными — водород, гелий, углекислый газ, или жидкими — тяжелая вода, органические жидкости, расплавленные соли, а также металлы. Из металлов применяют: ртуть, свинец, натрий, калий, висмут и др. При работе ядерных реакторов происходят весьма интенсивные радиоактивные излучения, очень вредные для обслуживающего персонала. Поэтому вся конструкция котлов отгораживается толстыми железобетонными стенами и перекрытиями. Управление процессом вынесено отдельно и полностью автоматизировано. ЯДЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ В то время, когда одни специалисты занимаются приспособлением ядерной энергии к существующим техническим средствам, другие работают над решением проблемы непосредственного использования ядерной энергии для различных народнохозяйственных целей. Новые решения, как это и следовало ожидать, имеются теперь и у тех и у других. Через несколько десятилетий атомные централи будут выглядеть совсем не так, как сейчас. Атомную энергию можно сразу и непосредственно превратить в тепло (котел, ракета) или в электрический ток. Электричество обладает неоценимым свойством — универсальностью. Поверните выключатель, -и ток, текущий по проводам, заставит светиться лампочку. Нажмите кнопку, и электричество в звонке превратится в звуковую энергию. Электричество легко переводится в любую форму другой энергии — в химическую (аккумуляторы), в механическую (электровозы, троллейбусы). Электричество обладает еще рядом ценных свойств: оно мгновенно передается на большие расстояния, оно может выполнять тяжелые и легкие, простые и сложные работы. Электричество сегодня — самый удобный вид энергии. Поэтому первое, что пришло в голову инженерам, — это перевести атомную энергию в электрическую. 125
Общий вид электростанции, работающей на атомном топливе (один из вариантов). В куполообразном здании на центральной линии слева виден ядерный реактор. Правее от него — паровой котел и турбогенераторы. Горение топлива — это хаотично протекающая химическая реакция. Но поскольку беспорядочный процесс дает в конечном итоге удобную для использования температуру, то энергию этого процесса сравнительно легко заставить выполнять разные работы. Взрыв атомного топлива — тоже хаотично протекающая ядерная реакция. Взрывая его, можно получить температуры в миллионы градусов, то есть такие, которые прямо использовать в существующих машинах и двигателях невозможно, так как металл при этих температурах испаряется. Но оказывается, можно и реакцию взрыва атомного горючего использовать для производства электрической энергии. Можно добиться такого регулирования процесса «горения» атомного топлива, при котором удается получить требуемую температуру для существующих установок. Но можно и непосредственно превращать ядерную энергию в электрическую. Для этого необходимо добиться, чтобы в результате какой-то ядерной реакции преобладающим излучением было бета-излучение, то есть поток электронов. 126
Если бы всю энергию ядерной реакции удалось превратить в поток электронов, то это и было бы превращение атомной энергии в,электрический ток. Искусственным путем получают сейчас радиоактивный изотоп стронция — стронций 90. Если стронций 90 не загрязнен примесями, он дает чистое бета-излучение. Упорядочивают и усиливают этот поток электронов с помощью кристаллов кремния или германия. Каждый электрон, летящий от стронция, выбивает из кристалла кремния примерно 200 тысяч новых электронов. Усиленный таким путем поток электронов затем выпрямляется. Таким путем уже сейчас удается получить электрический ток, правда, незначительной мощности. Действие стронциевой атомной батарейки без перезарядки продолжается непрерывно 25 лет. Мощный поток электронов дает еще изотоп Атомным взрывом можно, например, забрасывать миллионы кубометров воды из моря в искусственные горные водоемы. Стекая оттуда, эта вода будет вырабатывать на гидроэлектростанциях электрическую энергию. германия, а также изотопы других химических элементов, что тоже является одним из способов непосредственного* превращения атомной энергии в электрическую. Некоторые полуфантастические проекты превращения энергии изображены на рисунках нашей книги. Допустим, на берегу какого-нибудь озера или моря стоит высокая 127
гора. На верху этой горы делают котлован, в который энергией атомного взрыва забрасывают огромную массу воды. Потом вода вытекает иэ искусственного горного озера и, вращая турбины, вырабатывает электрический ток. Имеются и другие проекты использования атомной энергии. Часть из них тоже показана на рисунках в нашей книге. Важнейшим шагом в деле мирного использования атомной энергии явилось введение в эксплуатацию в 'СССР первой промышленной электростанции на атомной энергии. Заместитель Председателя Совета Министров СССР М. 3. Сабуров в докладе 6 ноября 1954 года отметил, что советская наука добилась выдающихся результатов в деле использования атомной энергии в мирных целях. Уже в 1954 году, в результате усилий Советского правительства по развитию в СССР энергетического хозяйства, было выработано в 3 раза больше электроэнергии, чем до второй мировой войны. За четыре года пятой пятилетки введен в действие ряд мощных гидроэлектростанций и полным ходом идет строительство крупнейших в мире гидроэлектростанций на Волге — Куйбышевской и Сталинградской, сооружаются гидроэлектростанции на Ангаре, Оби и в других пунктах. Несомненно, говорил -М. 3. Сабуров, в деле дальнейшего развития энергетического хозяйства в Советском Союзе атомной энергии сбудет принадлежать виднейшая роль. Не так уж далеко то время, когда у нашей планеты появятся искусственные спутники. Одну из таких будущих космических обсерваторий изобразил художник на цветном рисунке. Здесь ученые смогут изучать детали поверхности планет солнечной системы. 'Внизу слева — схематическое устройство искусственного спутника.
АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ — ПОМОЩНИЦА ТРУДА «МЕЧЕНЫЕ» АТОМЫ Н а атомной энергетической станции мощностью 100 тысяч киловатт за год ее работы накапливается в отходах около 1 000 килограммов радиоактивных продуктов. В числе радиоактивных продуктов деления урана, при производстве плутония, насчитывается около 200 радиоизотопов разных элементов. Энергия излучения радиоактивных атомов колеблется в пределах от нескольких тысяч до нескольких миллионов электрон-вольт. Таким образом, для того или иного исследования можно подобрать радиоактивные атомы, обладающие и необходимой энергией излучения и требуемой продолжительностью жизни. Радиоактивные атомы — незаменимые помощники исследователей. Словно с фонариком путешествуют эти атомы в газе, в жидкости, в твердом теле, сигнализируя излучением о своем местонахождении. Такие «меченые» атомы легко обнаружить, поскольку, разрушаясь, они выбрасывают из своих ядер гамма-лучи, действующие, подобно свету, на фотоэмульсию. По интенсивности почернения фотопленки можно судить о количестве радиоактивных веществ в исследуемом предмете. Этот метод, предложенный советскими физиками Л. В. Мысовским и А. П. Ждановым, назван радиографией. Для обнаружения очень слабых излучений применяются особые счетчики, в которых заряженная частица, летящая от радиоактивного атома, вызывает появление кратковременного импульса тока. Этот ток, после усиления, может быть обнаружен как звуковой сигнал или зареги- " А. Буянов 129
стрирован нумератором счетного прибора. Поскольку такой счетчик позволяет фиксировать одиночные частицы, чувствительность его необычайно высока; она в сотни миллионов раз выше, чем чувствительность весов, и в тысячу раз больше, чем чувствительность спектрального анализа. Исследования с помощью «меченых» атомов производятся сейчас в многочисленных отраслях науки и техники. В металлургии, например, с помощью гамма-лучей контролируют крупные отливки и поковки, чтобы установить, нет ли в них внутренних дефектов. Раньше такой контроль был невозможен. Даже громоздкие рентгеновские установки позволяли «просвечивать» металл на толщину не более 2—3 сантиметров. А радия было мало, и к тому же он очень дорог. Теперь есть много радиоактивных элементов — источников гамма-лучей. Энергия излучения у них разная. Радиоактивный туллий, у которого энергия гамма-лучей составляет 0,085 миллиона электрон- вольт, применяется для «просвечивания» тонких металлических изделий. У радиоактивного иридия энергия гамма-лучей равна 0,6 миллиона электрон-вольт; этими лучами можно «просвечивать» изделия толщиною около 5 сантиметров. А радиоактивным кобальтом с энергией излучения 1,3 миллиона электрон-вольт удается обнаруживать внутренние раковины и трещины в изделиях толщиною примерно 30—50 сантиметров. Обнаружить внутренние дефекты в металлических изделиях с помощью радиоактивных элементов очень Гамма-лучи, рентгеновские, ультрафиолетовые лучи, а также видимый свет, инфракрасные лучи и радиоизлучения имеют одну и ту же природу — это электромагнитные колебания. 130
просто. Кусочек радиоактивного вещества помещают с одной стороны изделия, с другой же — рентгеновскую фотопленку. Время экспозиции устанавливается в зависимости от толщины просвечиваемой детали и от энергии гамма-лучей. Раковины, трещины и другие дефекты, если они есть в изделии, хорошо видны на пленке. Таким способом проверяют не только черное литье, но и цветное. И в скоростном резании металла энергия радиоактивных излучений приносит огромную пользу. Если резец изготовить из сплава, в который был введен радиоактивный элемент, то при резании металла стружка, скользящая по режущей грани резца, будет уносить с него микроскопически малый слой радиоактивного материала режущего инструмента. Измерить этот слой можно только единственным путем — путем определения радиоактивности стружки. Именно таким способом было установлено, что износ резца при скорости резания 100—200 м/сек, небольшой, но он сильно увеличивается при повышении скорости до 400 м/сек. Охлаждение режущей поверхности снижает износ резца. Иногда на промышленных предприятиях возникает необходимость автоматически поддерживать в закрытом резервуаре строго определенный уровень какой-либо жидкости. В подобных случаях в поплавок, лежащий на поверхности этой жидкости, помещают радиоактивный элемент, испускающий гамма-лучи, а на крышке резервуа» Электромагнитные колебания различаются длиной волны. На шкале под рисунком длина волны указана в тысячных долях миллиметра (микронах). 9* 131
pa — счетчик. Когда уровень жидкости будет меняться, поплавок опустится или поднимется; соответственно этому и счетчик зарегистрирует изменения в интенсивности излучения. Если счетчик при помощи специального устройства соединен с насосом или с вентилем, то радиоактивное излучение станет выполнять роль бессменного наблюдателя и регулятора. С помощью радиоактивного кобальта контролируют также уровень чугуна в вагранках. Инженеры используют «меченые» атомы для испытания конструкций и деталей машин. На заводах, вырабатывающих поршневые моторы, заставляли испытываемый двигатель работать в течение длительного времени, а потом измерениями определяли износ поршней. «Меченые» атомы позволили упростить метод испытания. Теперь пор- Щёнь покрывается пленкой радиоактивной меди, столь тонкой, что она совершенно не отражается на работе йоршня. Во время испытания счетчиком периодически проверяют изменение радиоактивности смазочного масла. По интенсивности его излучения определяется количество металла, перешедшего с поршня в масло. Новый метод позволил значительно сократить время испытания двигателя и получить значительно более точные результаты. Данный метод можно применить к испытанию любых трущихся деталей. «Меченые» атомы помогают отыскать «виновника» порчи стали. Примеси серы в стали, как известно, ухудшают ее качество. Чтобы узнать, откуда эти примеси попадают в сталь, инженеры решили добавлять радиоактивные атомы серы к различному сырью, используемому при выплавке стали. И счетчик обнаружил, что сера, попадающая в печь вместе с коксом, почти не загрязняет сталь. «Виновной» оказалась та сера, которая попадает в сталь из руды. Узнав это, инженеры легко добились улучшения качества продукции. «Меченый» атом — это радиоактивный изотоп соответствующего элемента, с которым он имеет одинаковые химические свойства, а следовательно, и одинаково может участвовать в любом химическом превращении. Поэтому химики с помощью таких атомов расшифровывают многочисленные реакции, определяют местоположение 132
На рисунке изображено применение «меченых» атомов для измерения толщины листового материала, измерения уровня жидкости в закрытом сосуде и применение колышков с радиоактивным гвоздем при геодезической съемке.
атомов в молекуле, производят химический анализ веществ. Долгое время в науке существовало неправильное представление о механизме фотосинтеза—процесса усвоения растением углекислого газа под воздействием солнечного света. Радиоактивный углерод помог узнать этапы реакции фотосинтеза. Это открывает путь к воспроизведению этого синтеза в лабораториях, а затем и на фабриках. Недолго живущие радиоактивные атомы применяются при исследовании живых организмов, а долго живущие, например уран, могут выполнять роль геологических «часов», отсчитывающих миллионы лет. В течение миллиона лет один грамм природного урана (смесь трех изотопов) может дать 0,000137 грамма свинца. Если определить в урановой руде количество свинца и урана, то можно вычислить время, когда эта руда образовалась на нашей планете. По содержанию свинца и гелия в минералах советские ученые И. Е. Стариков и В. Г. Хлопин подсчитали, что возраст земной коры равен примерно 2,5 миллиарда лет. Геологи применяют в качестве геологических «часов» радиоактивный углерод. Атомы этого углерода образуются в атмосфере из атомов азота. Превращение одного атома в другой происходит под действием космических лучей. Атом радиоактивного углерода дает «с атомами кислорода радиоактивный углекислый газ, а последний, усваиваясь растениями, превращается в органические соединения. На каждый грамм углерода в таких органических соединениях приходится 50 миллиардов атомов радиоактивного углерода, независимо от места, где произрастает растение. В погибшем растении ежеминутно 10 атомов из этого числа распадаются. Таким образом. с течением времени количество радиоуглерода в отжившем растении уменьшается. За 5 700 лет оно сокращается в два раза, спустя 11 400 лет — в четыре раза и т. д. По оставшемуся количеству атомов радиоуглерода в древесных или в растительных остатках можно сейчас точно определить период, к которому относится, например, постройка древних поселений, возраст торфа и т. д. Так был определен возраст поселений, найденных при раскопках на строительстве Волго-Донского канала. 134
Благодаря применению радиоактивных элементов достигнуты огромные успехи в агробиологии, Радиоактивный фосфор, введенный в почву, позволил проследить путь его в организме растения. Как по эстафете, передаются молекулами атомы фосфора от корня до клеток листа. В листе же распределение «меченых» атомов легко обнаружит^ фотографированием. Достаточно некоторое время подержать лист плотно прижатым к фотопластинке, чтобы на ней появился снимок листа, на котором радиоактивные атомы оставили свой «автограф». Таким образом, ученые получили возможность наблюдать за тем, как протекают процессы корневого питания растений, как используются в организме растений питательные соки, как происходит процесс превращения веществ в растении и т. д. Все это помогает разрабатывать научные основы питания сельскохозяйственных растений и создавать эффективные приемы повышения их урожайности. С помощью «меченых» атомов было установлено, что некорневая подкормка фосфором увеличивает урожай сахарной свеклы, хлопчатника, картофеля, а некорневая подкормка азотистыми солями повышает урожай капусты и других овощей. Радиоактивными атомами можно метить и живые организмы. В рыбном хозяйстве, например, мальков перед выпуском в водоемы держат около трех часов в воде, имеющей радиоактивный фосфор. Этого времени достаточно для того, чтобы фосфор проник в их организм и отложился в костях, чешуе, плавниках. Спустя несколько месяцев по количеству выловленной в море «радиоактивной» рыбы определяют, сколько выращен- 135 Лист растения, в питательный рацион которого добавлялся радиофосфор, способен дать контактный отпечаток на фотопластинке благодаря радиоактивным излучениям.
ных на рыбозаводе мальков дошло из реки до моря. Использование радиоактивных веществ, получаемых на атомной электростанции, весьма многообразно. Радиоактивный кобальт, иод, натрий, фосфор и другие радиоактивные элементы широко применяются в медицине, в биологии и в пищевой промышленности. Многие продукты питания после радиооблучения Углеродные «часы». Атомы атмосферного азота под воздействием нейтронов космических лучей превращаются в радиоактивный изотоп углерода. В земной атмосфере соотношение обыкновенного углерода (Слг) и радиоактивного (Си) почти неизменно. Радиоуглерод с кислородом образует углекислый газ, который может поглощаться растениями. В живущем растении, так же как и в атмосфере, соотношение Ci2 и Ci4 постоянно. Но как только срубили дерево (смотри рисунок) и сделали из него, нагфимер, лодку, количество радиоактивного углерода стало убывать. Углеродные «часы» начали работать. Прошло не более сотни лет. Лодка затонула, но на «часах» еле заметна убыль Ci4. То же и через тысячи лет, когда лодка погребена в иле. Через 5 700 лет содержание См в древесине уменьшится вдвое. Спустя еще 5 700 лет оставшаяся половина уменьшится еще вдвое. Наконец лодку раскопали и определили в древесине С±4. Зная, сколько должно содержаться его в дереве и сколько осталось, определяют возраст найденного изделия из дерева.
можно хранить весьма длительное время. Так, например, картофель, подвергнутый действию гамма-лучей, не портится и не прорастает около года. Такой картофель не теряет ни вкусовых качеств, ни пищевой ценности, поскольку в нем не уменьшается содержание крахмала и витамина С, как это наблюдается в проросшем картофеле. Подобные же результаты достигаются и при действии гамма-лучей на морковь, лук и другие овощи. Интенсивным потоком радиоактивных лучей можно стерилизовать мясные, рыбные и овощные консервы. Такая стерилизация без нагрева осуществляется на конвейере. При этом пищевые качества продуктов сохраняются полностью. ИСЦЕЛЯЮЩИЕ АТОМЫ Если принять с пищей поваренную соль, в молекулу которой входит радиоактивный натрий, то за перемещением этого атома натрия в организме можно будет следить по испускаемым им гамма-лучам. То же самое можно проделать с любым радиоактивным элементом и таким образом проследить за его перемещениями в организме. «Меченые» атомы помогли расшифровать процесс .химического превращения соединений фосфора в мышцах, что пролило свет на связь между химическими процессами в мышцах и производимой ими работой. Раскрыт и процесс образования жира в организме. «Меченые» атомы не только сигнализируют о своем местонахождении излучением, но и позволяют использовать энергию этого излучения, например, для лечения злокачественных опухолей гамма-лучами, обладающими большей проникающей способностью, чем рентгеновские. Имеется немало медицинских аппаратов, в которых сейчас находит применение радиоактивный кобальт. С помощью этих аппаратов врачи излечивают некоторые виды злокачественных опухолей, до сих пор не поддававшиеся лечению. Раньше борьба с раковой опухолью велась при помощи рентгеновских лучей или лучей радия. Сейчас Советские врачи с помощью радиоактивных 137-
лучей кобальта могут своевременно обнаружить злокачественную опухоль у больного и применить для ее лечения новые эффективные методы. Наиболее легко и быстро излечивается рак кожи. Облучение пораженного места производят специальным аппаратом — «телерадиевой пушкой», заряженной радиоактивным кобальтом. Примерно после трех-четырехнедельного курса лечения исцеляющими атомами больной полностью выздоравливает. Мышечные и костные ткани человеческого тела не одинаково поглощают разные химические элементы, попадающие в организм с пищей. Например, фосфор преимущественно накапливается в костной ткани, в мозгу, в печени, иод — в щитовидной железе, железо — в крови и т. д. Злокачественная опухоль отличается от нормальной ткани значительной интенсивностью роста, а следовательно, и повышенным процессом обмена. Если больному с опухолью мозга ввести в организм радиоактивный фосфор, то он будет накапливаться в ткани опухоли значительно больше, чем в нормальных тканях. Измеряя радиоактивное излучение от различных участков головы, можно по интенсивности излучения определить место и величину опухоли. Облучение глубоко расположенной опухоли рентгеновскими или радиолучами неизбежно вызывает облучение и здоровых тканей, что часто приводит к нежелательным осложнениям. Иное наблюдается при лечении «мечеными» атомами. Так, например, больному, имеющему опухоль щитовидной железы, вводят радиоактивный иод. Накапливаясь в значительном количестве в опухоли, атомы радиоиода испускают гамма-лучи и тем самым замедляют, а потом и совсем прекращают развитие опухоли, то есть наступает выздоровление. В клиниках и больницах Москвы, Киева, Харькова, Одессы и других городов Советского Союза находит широкое применение радиоактивный фосфор. Его используют при лечении злокачественных форм заболеваний крови, при лечении некоторых кожных заболеваний, особенно ангиомы у детей. Достаточно, например, десятидневного курса лечения радиоактивным фосфором, чтобы больной ангиомой окончательно выздоровел. Радиоактивный фосфор — ценнейшее средство, предупреж- 138
дающее распространение раковых опухолей на кости человека. Препаратами, содержащими радиоактивный фосфор, можно лечить опухоли печени и других внутренних органов. Радиозолотом и радиосеребром уничтожают опухоли, которые нельзя удалить хирургическим путем, для чего препараты этих элементов вводят шприцем непосредственно в опухоль, и здесь излучения задерживают рост раковых клеток. Учитывая избирательность в поглощении тканями и органами тех или других элементов, а также подбирая радиоактивные атомы по силе и характеру излучения, удается облучать только пораженный опухолью участок, не подвергая опасности здоровые ткани и органы. Нельзя предсказать в настоящее время все возможные случаи применения атомной энергии. Энергия атома может найти самые неожиданные применения и привести к весьма важным открытиям. Главная задача сейчас состоит в том, чтобы атомную энергию поставить на службу созиданию и жизни, а не уничтожению и смерди. Советский Союз указывает всему прогрессивному человечеству пути использования великого научного открытия в мирных целях. ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ Подобно тому как химики превращают одно вещество в другое, физики осуществляют сейчас разнообразные превращения атомов. Газ азот, например, превращают в углерод, углерод — в атомы металла бериллия. Атомы другого металла, алюминия, могут быть по желанию превращены в фосфор, магний или кремний. Кремний, в свою очередь, может быть опять превращен в алюминий. Из одного атома металла лития легко получают два атома газообразного вещества — гелия. Атомы бора превращают в атомы азота, а азот может быть превращен в кислород. В настоящее время металлический калий превращают в газообразный аргон, галлий — в металлический цинк, иод— в ксенон, бром — в криптон, фосфор — в кремний, це- 139
зий — в барий, барий — в лантан, лантан — в церий, рубидий — в стронций, стронций — в иттрий, иттрий — в цирконий и т. д. То, что некогда было мечтой алхимиков, стало реальным в наши дни. Только современные ученые ищут в ядерных реакциях не золото, а нечто более ценное. И, как бы в насмешку над алхимиками, превращают не ртуть в золото, а, наоборот, золото в ртуть, а если потребуется, то смогут получать искусственным путем и золото. Для этого нужно или прибавлять к ядрам атомов иридия по два протона, или отнимать, например, у ядер атомов ртути по одному, а у ядер атомов свинца по три протона и по соответствующему количеству нейтронов. Все простые вещества в природе: водород, кислород, медь, железо, ртуть, золото и другие, как мы уже знаем, имеют в атомных ядрах неодинаковое количество протонов. Следовательно, добавляя к ядрам или отнимая у них протоны и требуемое число нейтронов, можно превращать один химический элемент в другой. С применением искусственных «снарядов» открылась Искусственная радиоактивность — открытие величайшей важности. Оно показало, что можно превращать одни элементы в другие. На рисунке— превращение натрия в радионатрий, а затем в магний. 140
возможность получать те элементы, которые редко встречаются или вовсе отсутствуют в природе. Не далеко время, когда редкие металлы и элементы будут добываться не из недр земной коры, а их будут получать в специальных аппаратах путем превращения одних химических элементов в другие. РЕАКТОРЫ-ДВИГАТЕЛИ Ядерный реактор может выделить значительное количество теплоты, — все зависит от регулирования его pa- йоты. Однако требуется не только получить теплоту, но и вывести ее из реактора, дабы использовать для производства пара. Чтобы отвести теплоту, необходимо передать ее от -атомного горючего потоку охлаждающей жидкости или газа. Чем быстрее мы думаем отнимать тепло, тем большую теплопередающую поверхность требуется создать в котле, а это сильно усложняет конструкцию.. С увеличением мощности атомного двигателя увеличивается и объем атомного котла. Ядерный реактор сильно утяжеляется и защитной «оболочкой, исключающей выход наружу сильного радиоактивного излучения, опасного для людей. Эта защита требует более 40 тонн бетона на каждый кубический метр полезного объема котла, что чрезвычайно усложняет применение атомного двигателя. Однако нужно иметь в виду, что во многих случаях важен не вес самого двигателя, а вес двигателя вместе с запасом топлива. Это существенно меняет дело. При полетах на большие расстояния самолет с атомным двигателем выгоднее обычного самолета. В обычном самолете вес двигателя сравнительно невелик. Зато вес горючего очень большой. И, наоборот, в атомном самолете суммарный вес топлива и реактора будет намного меньше, чем вес топлива и двигателя в самолете обычного типа. Атомный двигатель может весьма долго работать за счет небольшого запаса атомного горючего, и он окажется более выгодным, чем обычные . двигатели. Конечно, при дальнейшем развитии атомной техники .возможны различные пути снижения веса защиты реак- 141
тора. Например, можно создавать защиту только того участка, где находятся люди. Это возможно на кораблях и самолетах, когда двигатель помещен в кормовой или носовой части корабля, а также и на других средствах транспорта, рассчитанных на продолжительные рейсы. КОРАБЛИ С АТОМНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ На больших океанских кораблях, пожалуй, быстрее, чем на каких-либо других транспортных средствах, будут установлены атомные двигатели. Им не страшен большой вес защиты ядерного реактора, так как общий вес реактора во много раз меньше веса силовых установок и топлива, расходуемого кораблем в пути. Океанский корабль, оборудованный атомным двигателем, может без захода в порты совершать кругосветное плавание на ничтожном количестве ядерного топлива. Еще большие выгоды сулит установка ядерных реакторов на подводных лодках. Современная подводная лодка — это грандиозный корабль, имеющий больше 1 500 тонн водоизмещения и несущий на борту свыше 150 человек команды. Она способна двигаться под водой со скоростью в несколько десятков километров в час. Подводная лодка может опускаться на глубину свыше 100 метров и способна пробыть под водой больше 100 часов. Мощность ее механизмов — несколько тысяч лошадиных сил. До настоящего времени техника не дала еще двигателей, которые могли бы работать и над водой, и под водой. Поэтому подводной лодке необходимы две самостоятельные системы двигателей. Для подводного плавания устанавливаются электромоторы, которые работают от аккумуляторных1 батарей. Однако запаса электрической энергии, создаваемого аккумуляторами, хватает ненадолго. В дальних переходах подводная лодка идет в надводном положении при помощи двигателей внутреннего сго- 1 Аккумулятор — прибор для накопления электрической: или тепловой энергии с целью последующего ее использования. 142
Подводная лодка на атомном горючем. 1. Кормовые жилые помещения. 2. Главные двигатели. 3. Атомный реактор. 4. Центральный пост 5 Мостик Ь. Перископная рубка. 7. Каюта командира. 8. Офицерская кают-компания. 9. Камбуз. 10. Помещение для личного состава. П. Торпедный отсек. 12. Рулевая рубка. 13. Кубрик. 14. Аккумуляторная батарея. 15. Складские цомещенця.
рания — дизелей, которые одновременно заряжают током разрядившиеся за время подводного плавания электрические аккумуляторные батареи. Приспособить эти же двигатели для работы под водой нельзя, так как для них требуется кислород. Необходимость иметь на подводной лодке два рода двигателей (дизели и электромоторы с аккумуляторами) представляет собой наиболее слабую сторону этого класса кораблей. При установке на подводной лодке ядерного реактора она приобретает неограниченный радиус действия без пополнения горючим. С этим двигателем лодка может находиться и перемещаться под водой неопределенно долго, так как расход ядерного топлива на ней ничтожно мал, кислорода для него не требуется. А кислород для команды может быть запасен в жидком виде. Что же касается очищения помещений от углекислого газа, то он может удаляться обычными способами. Реактор с защитой от излучений займет на лодке меньше места, чем аккумуляторные батареи, вес которых составляет на крупной подводной лодке сотни тонн. Выгода установки ядерного реактора скажется и в возможности использования морской воды в качестве частичной защиты от вредных излучений. АТОМНЫЙ САМОЛЕТ До последнего времени в авиационных двигателях использовалась химическая энергия топлива. Несмотря на то, что эта энергия позволяет летать со сверхзвуковыми скоростями, конструкторы стремятся использовать на самолетах атомную энергию. Их желание легко объяснимо. Грамм керосина при горении выделяет около 10 больших калорий тепла, а количество энергии в грамме Художник изобразил на цветном рисунке возможную картину недалекого будущего. Это советские космонавты на Луне. Возле ракеты установлены жилые шарообразные домики и солнечная электростанция. В небе огромное светило — Земля, сияющая отраженным солнечным светом. 144
урана в миллионы раз больше. Легко лредставить, что и энергетический эффект при работе двигателя самолета на атомной энергии будет несоизмеримо больше, чем у обычного. Как будет выглядеть атомный самолет? Какова будет его форма? Пока об этом еще рано судить. Может быть, он представится в виде летающего крыла, если для него не потребуется большая скорость, а может быть, и в виде ракеты, когда необходимо будет летать со скоростью, превышающей скорость звука. Во всяком случае, мы находимся сейчас накануне событий, которые могут сильно изменить наше представление о воздушном транспорте. Скорость и дальность полета современных самолетов зависят от химической энергии горючего и от запаса топлива. Реактивные самолеты могут развивать скорость большую, чем скорость звука. Однако радиус действия их ограничен, так как они расходуют много горючего. Винтомоторные самолеты имеют меньшую скорость; для полетов на дальние расстояния приспособлены только крупные многомоторные самолеты. Для самолетов, двигатели которых работают на химической энергии, при дальности пути в несколько тысяч километров без заправки горючим, скорость полета составляет 550—650 километров в час. При установке на самолете ядерного реактора воздушный корабль может совершать беспосадочные полеты вокруг земного шара, расходуя при этом совершенно ничтожное количество атомного топлива. Для оборудования самолетов конструкторы предлагают несколько типов двигателей на атомной энергии. Самый простой из них — прямоточный воздушный реактивный двигатель. В полете воздух засасывается в диффузор двигателя и, проходя каналы ядерного реактора, нагревается до очень высокой температуры. Увеличиваясь в объеме, воздух с большой скоростью выбрасывается из сопла *, благодаря чему самолет летит. Следующий тип предполагаемого атомного двигателя 1 Сопло — коническая насадка на конце трубки для регулирования выходящей из нее струи жидкости или газа. Ю А. Буянов 145
для самолета — это турбореактивный ядерный снаряд. Реактор здесь пришел на смену камере сгорания в обычном реактивном снаряде, работающем на химическом топливе. Принцип действия турбореактивного двигателя заключается в следующем: воздух, поступающий в компрессор, сжимается и, проходя через реактор, нагревается. Самолет приобретает движение за счет расширения воздуха в выхлопном сопле снаряда. Энергия для компрессора черпается от частичного расширения нагретого воздуха в турбине. Такой самолет может иметь огромный радиус действия, при этом полетный вес при взлете его будет примерно такой же, как и при посадке, в то время как у обычного самолета он вдвое больше. Можно оборудовать на самолете и паротурбинную установку. В этом случае реактор испаряет воду, а пар вращает турбину, которая приводит в действие пропеллер. Паротурбинная атомная установка на самолете ограничивает скорость его полета. Применение атомной энергии на самолетах только еще намечается. Нет никакого сомнения в том, что новый вид энергии позволит намного перекрыть достигнутые сейчас скорости и высоты. Этот вид энергии поможет человеку преодолеть расстояние до ближайших планет. ИССЛЕДОВАТЕЛИ КОСМОСА Современные Колумбы давно уже требуют от ученых и инженеров создания если уж не корабля, то хотя бы более или менее сносного судна, чтобы на нем можно было добраться до ближайшей станции в космосе — до Луны. Есть и такие смельчаки, которые ринулись бы в путь на межпланетном «челноке». Но беда в том, что его не выдолбишь из ствола дерева, да и природные материалы мало пригодны для его постройки. Нужна огромная работа ученых и инженеров для создания даже простого звездного корабля — ракеты. Первые путешественники по земному океану, отправляясь в далекий путь, имели опыт плавания. Такого 146
опыта нет у мечтающих путешествовать по космическому океану. Мы «плаваем» лишь около берегов земного шара — в атмосфере. Вырваться за пределы атмосферы — вот задача современной науки. Не ветер и не дизели понесут межпланетные корабли. Их будет двигать атомная энергия. Наука достигла такого состояния, когда реальна посылка стратоплана на Луну, а также создание искусственного спутника Земли. Ракеты без людей теперь посылают на высоту свыше 400 километров от земной поверхности. Приборы, установленные на этих ракетах, фотографируют с разной высоты Землю, измеряют и записывают температуру, давление- словом, делают все, что следовало бы делать человеку. Пока еще роль следопытов выполняют приборы, но за ними ринутся в космические просторы и люди. К тому времени будут составлены достаточно подробные карты и маршруты внеземных путешествий. ЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ Мы живем в XX веке, который войдет в историю человечества как век овладения величайшей силой природы, как начало эры новой энергетики. Нам, а не далеким нашим потомкам, суждено провожать межпланетных исследователей в первый путь на соседние планеты. И не лишено возможности, что в их числе окажется кто-либо из читателей данной книги. Для этих путешественников уже сейчас ученые и инженеры вынашивают идеи конструкций космических кораблей, инженеры-химики готовят новые искусственные материалы — прочнее, чем природные, физики вместе с механиками создают атомные двигатели, а астрономы готовят карты маршрутов. Космонавты проверят эти маршруты, послав предварительно ракеты с приборами и животными, а потом полетят и сами. Исследователей космоса не испугает неведомое, как не страшили наших предков безбрежные дали океана. Поставить новые открытия на службу людям — одна из благородных целей жизни. Покинув родную землю, наши космонавты не будут испытывать чувства одиночества, как путешественники и 10* 147
исследователи прошлых столетий. Оторвавшись от земной поверхности, они сразу же начнут разговор с «материком». — Слушайте нас, слушайте нас, — прозвучит их голос в репродукторах и в радиоприемниках. — Мы наблюдаем то, чего еще никто не видел! И жители земного шара как бы будут участвовать в прогулке по космосу и видеть прелести неземных пейзажей. — Вот, — передадут наши исследователи, — Земля помахала нам своим белым платочком — облаками и скрылась из виду. Мы потонули в лучезаржж сиянии Солнца... Благополучно движемся к цели. Пройдет еще несколько часов, и жители Земли, интересующиеся полетом, услышат восторженные голоса: — Внимание, внимание! Говорит звездный корабль, говорит звездный корабль. Подлетаем к станции, скоро следы наших ног на Луне можно будет сфотографиро- ПРЯМОТОЧ- НЫЕДВИГАТСЛИ Со старта взвилась, мелькнув огненным хвостом, ракета и мгновенно скрылась из виду. Она оборудована жидкостным реактивным двигателем — ЖРД (в хвосте), а также турбореактивными 148
вать и потом сдать снимки в музей, — шутит один из звездоплавателей. — Наш корабль, — продолжают они, — описывает круг над безжизненной пустыней, выбирая место для посадки... Мы можем уверенно оставить отважных путешест- двигателями — ТРД (прицепные к крыльям) и прямоточными двигателями (в крыльях). ТРД отрывают ракету от поверхности Земли, после чего они сбрасываются, и начинают работать прямоточные двигатели до поднятия ракеты на высоту в несколько десятков километров. Когда и в них минует надобность, они отваливаются и включаются ЖРД. Около Луны из ракеты выпадает так называемая лунная ракета с танкеткой, которая «приземляется». ЛУННАЯ РАКЕТА С МАЛЕНЬКОЙ TAHKETKOf венников. Они, без сомнения, благополучно совершат посадку. И, находясь на другой планете, будут говорить со своими родными и слушать «Последние известия» московского радио. — Однако, какая польза от того, что мы познаем Вселенную? — заметит кто-либо из скептиков, а такие еще есть. Ученые насчитывают в одной только нашей галактике свыше миллиарда планет. А если это так, то, живя постоянно на Земле, мы можем оказаться в положении жителей острова, которые, не умея плавать и передвигаться по воде, 149
лишь издали наблюдают виднеющийся вдалеке берег неведомой земли. Над поверхностью этой земли иногда поднимается дым. Что это? Возможно, гроза зажгла дерево, а может быть, там живут люди и жарят пищу, или они сигнализируют о своем существовании? Так и мы, находясь на одном из островов Вселенной, получаем порой «сигналы» из космоса в виде радиоизлучений. Может быть, среди этих «сигналов» есть радиограммы от соседей, населяющих другие планеты? Пока мы не можем сказать наверняка, что среди этих радиоизлучений имеются сигналы разумных существ. Разведка в космосе поможет уточнить это. Вслед за первыми смельчаками, отважившимися плыть по космическому океану, жители Земли прибудут на соседние планеты на огромном звездном корабле. , И дело не в том, чтобы, овладев космическими про- «сторами, мы сумели быстро облететь все населенные и не населенные миры. Человек, идя по песчаному берегу реки, может за несколько минут проделать путь в десятки метров, но для того, чтобы рассмотреть все песчинки, рассыпанные на берегу, ему нехватит всей жизни. Потребуется создать целую флотилию космических кораблей, необходимо будет установить регулярные рейсы между планетами. Смельчаки отправятся на заселение и освоение новых планет в космосе. Расстояния, которые придется преодолеть, чтобы посетить соседние планеты, в миллионы раз длиннее привычных нам путей на Земле. Но ведь и энергия, которая будет служить космонавтам, в миллионы раз мощнее энергии топлива, движущего земные корабли. Владея этой энергией, мы сможем отправиться в путь на искусственной «планете». Двигаясь на новом, созданном человеком космическом теле, люди будут чувствовать себя будто на Земле. На этой «планете», заселенной и оборудованной всем тем, что есть на Земле, жизнь будет течь подобно земной. Только люди полетят на ней не вокруг Солнца, а поплывут по намеченному космическому маршруту к соседним мирам. Путешествие на такой «планете» может продолжаться не одно десятилетие. Будущее человечества формируется не теми, кто про- шэведует о небесном житии в раю после смерти, а теми, 150
Один из вариантов внеземной станции. Она будет служить транзитным пунктом для ракет, направляющихся в космический рейс.
ЛУННАЯ РАКЕТА АНТЕННА БАЛЛОНЫ С ТОПЛИВОМ N УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ЗЕМЛЮ ПРОЖЕКТОР ТЕЛЕПРИЕМНАЯ КЯМЕРА ФИЗИЧЕСКИЕПРИБО ш Как только лунная ракета «приземлится» на поверхности нашего небесного спутника, из нее выползет гусеничная танкетка. Эта танкетка будет передвигаться на Луне, повинуясь управлению людей,, находящихся на Земле. Внизу на рисунке примерная схема устройства лунной танкетки. кто готовится лететь в «небеса» при жизни. Это будущее принадлежит не тем, кто домогается покорения всего мира и прячет богатство науки в скорлупу атомной бомбы. Будущее за теми, кто, развивая науку, ставит ее на службу прогрессу и благополучию человечества. АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ - ПОМОЩНИЦА ТРУДА При помощи атомной энергии можно преобразовывать природу, повышать урожайность, непрерывно совершенствовать производство на базе высшей техники* делая жизнь советских людей еще лучше, еще краше. Такова природа нашего социалистического общества, в 152
Ракета, работающая на атомном топливе, будет перевознть сотни* пассажиров со сверхзвуковой скоростью.
котором все подчинено обеспечению непрерывно растущих материальных и культурных потребностей людей. Атомная энергия, переведенная в электрическую, будет способствовать мощному развитию промышленного производства и особенно таких его отраслей, как получение алюминия, ферросплавов, минеральных удобрений, химических и других продуктов, требующих большого количества электрической энергии. Из атомной энергии можно получить большое количество тепловой энергии, которая необходима для таких отраслей промышленности, как металлургическая, стекольная, керамическая, бумажная и др. Тепло от атомной энергетической установки позволит теплофицировать города и села на огромной территории вокруг энергокомбината, избавить воздух городов от загрязнений, а транспорт — от крупных перевозок топлива. В чистом виде плутоний, уран 235 или уран 233 могут быть использованы в качестве «атомного динамита» для подрыва горных массивов, осушения больших водоемов. При помощи атомной энергии можно разрушать горы, создавать искусственные моря, растапливать арктические льды, смягчать климат и менять облик больших районов. Использованием химической энергии топлива человек положил начало развитию техники. Сейчас, при использовании атомной энергии, мы становимся свидетелями нового переворота в науке и технике. Тысячи тонн угля нужны кораблю для плавания по океану. Сотни килограммов бензина требуются самолету для полета. Килограммы горючего потребляет ежедневно автомобиль, мчащийся по шоссе. Тонны! Килограммы! Как велико количество обычного топлива по сравнению с граммами и миллиграммами ядерного топлива, дающего ту же энергию! Даже трудно представить, что какие-то граммы нового топлива смогут двигать такую громаду металла, как корабль или поезд. Без угля и нефти начнут вращаться станки и машины; без пороха и динамита люди будут взрывать скалы, создавать плотины и прокладывать новые русла рек. 151
В скором времени новое топливо будет передвигать и воздушные корабли. Начало второй половины XX столетия ознаменовалось вторжением человека в малоизведанную область — в микрокосмос — атом. Нет сомнений, что овладение энергией ядра атома позволит людям в скором вымени вторгнуться в другую, совсем неизведанную область — макрокосмос, — сначала посетить планеты солнечной системы, а затем и миры других звездных систем. Трудно дать хоть сколько-нибудь полный перечень возможностей будущего использования атомной энергии даже из числа таких, которые будут реальными в недалеком будущем. Советское государство глубоко заинтересовано в том, •чтобы новый вид энергии использовался в мирных целях, на благо народа. Такое использование атомной энергии отвечает жизненным интересам всех миролюбивых людей на Земле.
СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение $ ЭНЕРГИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ Склады солнечной энергии 6 Голубой и белый уголь & Желтый уголь W «Вечное» светило 11- По просторам Вселенной 14 МИКРОМИР — АТОМ Что такое атом? 17 Строение атомов 1$ Ядро атома 24 Чудесный атом — углерод 27 ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ АТОМА Чудеса химии 29* Окисление, горение, взрыв 34 Топливный элемент 35 Секреты магнетизма 36 Рождение света 40 Покоренный электрон 42 Силовые поля 46' ЭНЕРГИЯ АТОМНОГО ЯДРА Запасы ядерного топлива 51? Атомы не бессмертны 54 Превращение элементов 57 Ядерная энергия 60» Взрыв атома 61 Звездное «топливо» 64 156
«МОНОПОЛИЗИРОВАННЫЙ» ATOM Борьба за монополию 7d Атомный шантаж 73 Говорит СССР 77 «Атомные державы» 79 Жертвы испытаний атомного и водородного оружия 81 АТОМНОЕ ОРУЖИЕ Исход войны решают люди, овладевшие техникой 85 Ядерное взрывчатое вещество 36 Атомный взрыв 91 Критический вес заряда ... ^ .... 92 Атомная бомба 93 Водородная бомба 94 Кобальтовая бомба 97 боевые радиоактивные вещества 98 Запретить атомное оружие! 102 Кто сеет ветер, тот пожнет бурю 106 ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА Атомный век <, 112 Начало эры атомной энергетики 115 Как практически получается атомная энергия . . 117 «Радиоактивные отходы . 119 «Спички» для ядерного горючего . 120 Ядерные реакторы 122 "Ядерные электроцентрали 125 АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ—ПОМОЩНИЦА ТРУДА •«Меченые» атомы 129 Исцеляющие атомы > 137 Ядерная химия * 139 Реакторы-двигатели ....,.•♦... 141 Корабли с атомным двигателем ..*«,• 142 Атомный самолет «с 144 'Исследователи космоса ....,.,,. 146 Звездные корабли 147 .Атомная энергия — помощница труда . 152
Автор Буянов Александр Федорович* * * * Обложка худ. С. К а п л а н а. Рисунки С. Каплана и А. Катковского. * * * Редактор С. Грингауз. Техн. редактор А. Л и л ь е. * * * Издательство «Московский рабочий», Москва, ул. Герцена, 24. #58749. Подписано к печати 15/VI 1955 г. Формат бумаги 60Х841/1й. Бум. л. 5,0. Печ» л. Ю.О Уч.-изд. л. 8,31. В 1 печ. л. 27 200 знаков. Тираж 50.000. Цена 3 р. 30 к. Зак. 36. Типография изд-ва «Московский рабочий», Москва, Петровка, 17.
Издательство просит читателей присылать свои отзывы о настоящей книге по адресу: Москва, ул. Герцена, 24. Издательство «Московский рабочий».
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МОСКОВСКИЙ РАБОЧИЙ" выпускает в ближайшее время книги: Г. АРИСТОВ. Вселенная бесконечна и вечна Г. ГУРЕВ. Как произошел человеческий род В. МЕЗЕНЦЕВ. Есть ли в мире чудеса? Приобретайте книги издательства „Московский рабочий* в магазинах и киосках Москниготорга, Союзпечати и сельмагах потребкооперации.