Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

Ученые, увлеченно изучающие распад атомных ядер, выяснили, что при этом процессе образуются целых три вида излучения. Как выяснили? Да легко – они пропускали таинственные лучи между полюсами обычного магнита. К тому времени люди уже давно знали, что магнит влияет на летящие электрические заряды, отклоняя положительные заряды в одну сторону, а отрицательные в другую. И пытались таким образом определить: а не являются ли таинственные лучи просто-напросто потоком заряженных частиц? Если магнит на них повлияет, значит таинственные «лучи» – это просто поток заряженных частичек. Все гениальное просто!

Тогда-то и выяснилось, что есть целых три сорта радиационного излучения! Ученые назвали их альфа-излучением, бета-излучением и гамма-излучением и обозначили для краткости греческими буквами – α, β и γ.

Оказалось, что часть «лучей» в магнитном поле немного отклоняется магнитом вправо (эту часть излучения назвали альфа), другая часть довольно сильно отклоняется влево (бета), а третья часть пролетает, не замечая магнита (гамма). Зная, как действует магнит на заряды (а наука, как мы уже сказали, к тому времени имела об этом представление), ученые сделали вывод: то, что отклонилось немного вправо – струя положительных частичек, причем тяжелых, судя по небольшому отклонению. Другая часть, отклоненная сильно влево – это отрицательно заряженные частицы, причем легкие, поскольку магниту легко их отклонить. Ну, а третья часть, которая магнитом не отклонилась – электронейтральна.

Разделение ионизирующего излучения на три сорта – альфа, бета и гамма.

Что такое легонькие отрицательные частицы, ученые уже знали – это электроны. Значит, бета-излучение есть не что иное, как обычный поток электронов. Эта загадка решена.

Альфа-излучение, то есть положительно заряженные частицы оказались ядрами гелия (два протона, два нейтрона). Найдите гелий в таблице Менделеева, не поленитесь. Видите – два положительно заряженных протона и вес в четыре единицы. Получается, что тяжелые ядра некоторых металлов, распадаясь, выплевывают сгусточек, состоящий из двух протонов и двух нейтронов.

Ну, а то, что прошло сквозь магнитное поле, не отклоняясь, то есть было электрически нейтральным, и есть собственно лучи. Те самые, загадочные и проникающие. Из чего они «сделаны»?

Ответа на этот вопрос у ученых не было. Видимо, из того же, из чего сделаны лучи Солнца, то есть видимого света. Ньютон предполагал, что это поток частичек, а другие ученые, изучавшие волны, считали, что свет – волны, то есть колебание мирового эфира. Солнечный свет мы видим глазами, но для него мы сами непрозрачны. А вот гамма-лучи и рентгеновские лучи глазами мы не видим. Но зато мы для них совершенно прозрачны!

Именно эти лучи нас и убивают. Они – самая главная опасность радиоактивности.

Гамма-лучи прошивают нас насквозь и разрушают наше тело, отчего человек умирает в страшных мучениях. Человечество даже придумало специальный значок, предупреждающий о радиации.

Внимание! Опасность радиации!

А что же другие виды радиации – бета и альфа?

Они неопасны или, точнее, малоопасны. Электроны и ядра гелия легко задерживаются листом бумаги, стеклом, да и просто слоем воздуха, так что укрыться от них не проблема. А вот гамма-лучи… Упаси нас боже попасть под гамма-излучение! Это реальный жесткач! От них тоже можно укрыться, только для этого требуется толстый слой брони или подземные бункеры. И что самое неприятное, человек во время облучения вообще ничего не чувствует. В окружающей нас природе нет таких мощных потоков гамма-лучей, какие научилось получать человечество искусственно, поэтому эволюция и не предусмотрела для животного мира никакой сигнальной системы о подобной опасности. От огня мы чувствуем боль, а вот излучение убивает неощутимо.

Люди взрослые прекрасно знают о лучевой болезни. Ваши мама и папа, быть может, изучали в школе плакаты о поражающем действии радиации во время атомной войны. Поэтому у взрослых людей страх перед радиацией весьма велик. Но они плохо помнят школьный курс и не знают, что радиация бывает разная. Опасно гамма-излучение. А вот, например, бета-излучение даже применяется в наручных часах – для подсветки стрелок и циферок ночью. Выглядит это свечение довольно красиво. Во всяком случае я бы на вашем месте серьезно задумался о том, чтобы попросить у родителей приобрести для вас такие часы. Правда, стоят они довольно дорого, но зато вещь отличная!

А стоят они дорого, потому что для подсветки используется тритий – сверхтяжелый водород, то есть водород-3, в атомном ядре которого не только одинокий протон, но и два нейтрона. Бывает еще дейтерий – просто тяжелый водород (протон и один нейтрон), но в часах с подсветкой используется именно тритий. Вещество это очень редкое и потому дорогое. 1 грамм трития стоит 30 тысяч долларов. В часах используют ничтожные доли миллиграмма этого вещества. Тритием наполняют стеклянную микроампулу, стенки которой изнутри покрыты люминофором – веществом, которое может светиться при облучении электронами. Эти микроампулы наклеивают на стрелки и цифры часов.

Что же происходит дальше?

Тритий радиоактивен. То есть этот изотоп нестабилен, он распадается. Формула распада написана ниже, она проста и понятна любому умному ребенку.

1Н3 = 2Не3 + е- + ν

Слева тритий, обозначенный значком водорода из таблицы Менделеева (Н), он имеет один протон и атомную массу в три нуклона. После распада получается нейтрино (ν), электрон (е) и изотоп гелия – гелий-3, то есть второй химический элемент в таблице Менделеева. В нем, как видите, два протона и один нейтрон.

Электрончики, которые выстреливаются в момент распада, бомбардируют люминофор, вызывая его свечение. Светится слой люминофора круглосуточно, просто днем это свечение незаметно, а ночью очень даже! И светиться он будет годами, потому что период полураспада трития 12 лет. То есть через 12 лет светимость часов упадет вдвое. А сколько вам будет через 12 лет, друг мой юный? Страшно представить! Столько не живут, как говорится…

В общем, выдвинув родителям требование о часах с тритием, нужно провести среди них разъяснительную работу, объяснив:

– Ничего опасного в таких часах нет, это же бета-распад, то есть электронное излучение, а оно, как вам должно быть известно из школьного курса физики, задерживается чем угодно – листом бумаги, стеклом, а также быстро гасится в воздухе.

После чего необходимо рассказать о периоде полураспада трития и уйти в свою комнату, оставив маму или папу с открытыми ртами на кухне. Пусть придут в себя и хорошенечко подумают, не стоит ли и вправду купить такому умному ребенку часы с тритием? Подумаешь, половина зарплаты…

Глава 7

Как сделать атомную бомбу в домашних условиях

Каждый ребенок мечтает взорвать или сжечь школу. Потому что душа ребенка жаждет справедливости и взывает к отмщению.

А можно ли, вооружившись знаниями, изготовить дома небольшую атомную бомбу, чтобы окончательно решить школьный вопрос?

Вообще, проблема применения накопленных знаний в целях разрушения встает перед человечеством каждый раз, когда оно овладевает какой-то новой энергией. Овладели огнем – придумали, как использовать его в военном деле. Изобрели порох, стали воевать с его помощью. Изобрели аэропланы – начали на них воевать. Ну и, разумеется, когда в начале ХХ века люди открыли феномен радиоактивности и поняли, что перед ними источник энергии необычайной силы, тут же встал вопрос: а как его применить для убийства других людей? Ведь энергия распада атомных ядер огромна, и Эйнштейн вовсе не зря сравнивал ее с овладением огнем. Только Эйнштейн мечтал об атомных электростанциях, а военные – об оружии.

«А нельзя ли сделать атомную бомбу на основе явления распада?» – задумался в свое время Гитлер. Точнее, не сам Гитлер, конечно, он-то в физике не разбирался и вообще имел довольно специфические представления о реальности. Задумались немецкие физики. Им было о чем подумать…

Мария и Пьер Кюри работали над проблемой распада вещества еще до Первой мировой войны, которая прокатилась по Европе тяжелым бульдозером. Германия ту войну проиграла. В результате в Германии пришел к власти Гитлер, и через двадцать лет после Первой мировой началась Вторая мировая война. Но физики, принявшие у супругов Кюри эстафету исследований, не обращая внимания на политические бури и войны, увлеченно продолжали работу. И вот всего за год до начала Второй мировой войны немецкие физики обнаружили одно чертовски интересное явление.

Оказалось, что если в ядро изотопа урана-235 попадает случайный нейтрон, ядро может развалиться. Оно ведет себя, как капля жидкости – в эту «жидкость» ударяет прилетевший нейтрон, от удара «капля» деформируется, из круглой становясь продолговатой, то есть ее края разъезжаются. И в этот миг расстояние между протонами на дальних краях начинает превышать радиус действия ядерных сил, то есть того самого сильного взаимодействия, которое и держит нуклоны в ядре. Оно ведь очень короткодействующее! И тогда силы электростатического отталкивания между дальними протонами расталкивают куски ядра с огромной скоростью. Ядро урана разваливается на две части – барий и криптон (найдите эти вещества в таблице Менделеева). При этом еще получается уйма энергии в виде гамма-излучения и парочка лишних свободных нейтронов.