Чудесные превращения

Атом — очень маленькая частичка. А ядро атома по диаметру еще в сто тысяч раз меньше атома. Если бы ядро могло вырасти до размера булавочной головки, то атом оказался бы огромнейшим шаром с диаметром в 100 метров, а булавочная головка при той же степени увеличения выросла бы до размеров солнца! Иными словами — ядро атома во столько раз меньше булавочной головки, во сколько раз булавочная головка меньше солнца. Вот и представьте себе величину тех еще более мелких частиц, которые заключены внутри ядра атома. Там, как мы знаем, уживаются друг с другом протоны и нейтроны. Но какие силы их связывают? Электрическими силы эти быть не могут, — тогда положительно заряженные протоны друг от друга оттолкнулись бы. Значит, это силы не электрические, а еще более мощные, потому что им всё же удается удержать тесно прижатые одноименно заряженные протоны. Что за природа «ядерных сил», как их называют ученые, пока еще точно не выяснено, — это предмет многих исследований, которые проводят ученые наших дней. Некоторые свойства «ядерных сил» уже удалось определить. Известно, например, что в пределах объема ядра, где самое большое расстояние между частицами не превышает 0,0000000000013 сантиметра, силы эти очень велики. Но уже при малейшем увеличении этого расстояния они начинают быстро ослабляться. И, если расстояние между частицами станет в 2–3 раза больше первоначального, силы эти вовсе исчезнут.

Значит, внутри ядра действуют два рода сил, направленных друг против друга: ядерные силы стремятся связать частицы, электрические силы стремятся их оттолкнуть друг от друга. Чем меньше частиц в ядре, тем они ближе друг к другу, тем сильнее оказываются там ядерные связи. В больших атомах, где много протонов и нейтронов и между двумя частицами может оказаться относительно большое расстояние, там ядерные связи слабее.

Вот если бы удалось чем-либо расщепить ядро, раздвинуть еще немного частицы между собой, тогда действие ядерных сил и вовсе прекратилось бы, а под влиянием электрических сил отталкивания некоторые протоны, а вместе с ними и нейтроны, вылетели бы из ядра. И при этом летели бы они с огромнейшими скоростями.

Но если из ядра будет удален хотя бы один протон, то, следовательно, и заряд такого ядра, и вес его изменятся. А раз изменится заряд, то и химические свойства вещества станут другими. Или, иными словами, один элемент превратится в другой.

Ядра самых тяжелых элементов — урана, тория, радия — сами распадаются. Одни быстрее, другие медленнее. Излучение, которое открыл Беккерель у урана, а супруги Кюри — у радия, есть не что иное, как результат постепенного распада атомных ядер этих элементов. Распад этот идет медленно, но непрерывно и закономерно. Ученые установили, например, что если взять какое-то количество урана, то через четыре с половиной миллиарда лет половина этого количества распадется.

Для элемента радия время «полураспада», как говорят ученые о распаде половинного количества, равно 1590 лет, — ведь излучение радия происходит более интенсивно!

Миллиарды лет уже длится этот распад тяжелых элементов. Постепенно они превращаются в нераспадающиеся, устойчивые элементы — изотопы свинца. Открыв это явление, ученые сейчас получили возможность высчитать, сколько лет существует наша планета — Земля.

Раньше считалось, что огненно-жидкий земной шар охлаждался до теперешнего состояния не менее 40 миллионов лет, потом различными способами был найден другой минимальный срок — 30 миллионов лет. Но всё это было далеко не точно. Теперь ученые установили, что Земля значительно старше, — ей около пяти миллиардов лет.

В ядрах тяжелых элементов внутриядерные силы не очень велики, — потому и распадаются эти элементы. Но можно ли, есть ли действительно такие возможности, чтобы искусственно изменять заряд ядра любого элемента — выбивать оттуда или, наоборот, добавлять туда протоны?

Впервые такой опыт поставил английский физик Резерфорд в 1919 году.

Ему удалось бомбардировкой ?-частицами, каждая из которых имеет два протона, превратить газ азот в газ кислород. Посмотрите на таблицу Менделеева. Вы увидите, что азот превратить в кислород можно, только увеличив заряд атома азота с 7 до 8, то есть на единицу. Выходит, что один из протонов, содержащихся в ?-частице, не выбивает из ядра атома азота протона, а, наоборот, сам застревает в этом ядре. В результате появляется новый химический элемент — газ кислород.

Это ли не чудесное превращение? Теперь уже научились искусственно преобразовывать и другие элементы, в том числе и ртуть в золото. Из ядра ртути выбивается один протон, и простой металл ртуть (№ 80 по таблице Менделеева) превращается в благородный металл золото (№ 79).

Не «философский камень» алхимиков, а строгое научное проникновение в тайны природы сделало возможными такие чудесные превращения.

Но не они являются главным результатом научных достижений физики атомного ядра. Такое получение золота, например, оказывается пока слишком дорогим и потому нецелесообразным.

Основной практический итог современной науки об атоме в другом — в открытии способов и средств освобождения и использования той колоссальной энергии, которая таится в атомном ядре.