Страница 6 из 21
— Это да! — восхитился Алеша. — Взять такую батарейку в поход — и свет и тепло на все путешествие. И костра не надо!
— Остановка за малым. Знаешь, сколько стоит такая «карманная электростанция»? Десятки миллионов долларов!
— Дорогая игрушка, — пробурчал Сергей. — Какое же у нее может быть практическое применение? Видимо, превратить атомную энергию непосредственно в электрическую далеко не просто.
— Конечно, до предмета ширпотреба ей далеко. Но эти батарейки можно применять как источники электроэнергии в искусственных спутниках и космических ракетах, где крайне важен выигрыш в весе и объеме.
— Хорошо, — произнесла Наташа. — Ну, а атомная батарейка для часов?
— Тут можно использовать батарейку, работающую по другому принципу, — ответил я.
Наиболее портативная, прямо-таки микробатарейка, работает на энергии бета-распада изотопа прометия 147.
Как же устроена такая батарейка? Окись прометия, содержащая прометий 147, смешивают с самым обыкновенным фосфором. Фосфор поглощает бета-частицы, испускаемые прометием. Энергия радиоактивного излучения превращается в световую; фосфор светится. Это свечение улавливается специальными фотоэлементами, назначение которых превращать световую энергию в электрическую. Прометиевая батарейка миниатюрна. Ее диск имеет размер обычной канцелярской кнопки и толщину около одного миллиметра.
Температура и давление практически не сказываются на работе такой батарейки. Интересно, что при очень низкой температуре (около –100°) она действует даже лучше, чем при комнатной.
Прометиевая батарейка может постоянно производить электроэнергию по крайней мере в течение пяти лет.
— На атомных плитках пища, вероятно, не будет подгорать, — ухмыльнулся Сергей. — А сейчас я чувствую отчетливый запах гари. Как там, Илья, наш завтрак?
Каша действительно подгорела, что, правда, не испортило нам аппетита. Теперь дело за чаем. А это было не просто: снова растапливать снег, без конца подкладывать в печурку дрова и ждать бесконечно терпеливо, когда же, наконец, закипит мутная жидкость в ведре. Дежурному не завидовали. А им был Илья.
— Вот что, друзья, — заявил он. — Чего хотите: чаю или новую порцию изотопов?
— Чаю, — сказал Алеша.
— И того и другого, — пробасил Сергей.
— Или того или другого! — настаивал Илья. — Я думал сейчас рассказать о том, как получают изотопы. О ядерной химии. Совмещать и то и другое не смогу. Сами видите, миллион удовольствий с печкой возиться…
Просто Илье захотелось на сей раз увильнуть от дежурства.
— Не выйдет! — заявил я. — Будешь топить печку и рассказывать. А за снегом, уж так и быть, я сбегаю.
Илья метнул на меня недовольный взгляд.
— Ну, нет! Общество хочет взвалить на меня двойную работу.
— Брось, Илья, торговаться, — вмешался Олег. — Дело мы затеяли нужное, и нечего спорить по пустякам.
Илья протянул мне ведро:
— Ладно, тащи снегу! — и, усевшись около печки, начал: — Классическую химию можно назвать химией электронных оболочек. Знаете почему?
Потому что при всех химических процессах происходят изменения в строении внешних электронных оболочек тех атомов, которые принимают участие в химических реакциях. При этом атомы или отдают часть своих электронов и превращаются в положительно заряженные ионы, или приобретают дополнительные электроны; тогда они становятся отрицательными ионами.
Но какой бы заряд ни имел ион данного элемента, он будет только ионом именно этого элемента. Например, в азотной кислоте ион азота имеет заряд +5, в окиси азота +2, в закиси +1, наконец, в аммиаке –3, но во всех этих случаях азот остается азотом. Он лишь выступает, как говорят химики, в разных валентных состояниях.
Следовательно, при химических процессах строение атомного ядра не меняется. Если же каким-нибудь путем удается изменить структуру ядра, то в этом случае следует говорить о ядерных реакциях. Они приводят к образованию различных радиоактивных изотопов. Такие реакции происходят и в природе. Так, образование углерода 14 из азота — ядерная реакция. Превращение радиоактивных элементов друг в друга: урана в торий, тория в радий, радия в радон и т. д. — это тоже ядерные реакции.
Как же удается человеку совершать превращения элементов?
Честь первого искусственного превращения элементов принадлежит английскому физику Эрнсту Резерфорду.
Уже в начале XX века знали о естественных превращениях элементов, например радиоактивном распаде урана, тория, актиния, полония и радона.
Но ученые не располагали средствами, чтобы как-либо повлиять на этот процесс — ускорить его или замедлить, провести мгновенно или прекратить вовсе.
Тем труднее и фантастичнее казалась поставленная задача. Вызвать искусственное превращение элементов — это значило вторгнуться в пределы ядра, нарушить его структуру, изменить заряд.
Нужно было сначала подготовиться теоретически.
При естественных радиоактивных превращениях выделяется огромная энергия. Если выразить ее величину через температуру, то получится громадная величина, миллионы градусов. Возможно, такая высокая температура способна вызвать ядерные реакции.
Но подобных сверхвысоких температур не было в руках людей. Существовали пока смутные догадки, что процессы превращения элементов происходят лишь в звездах.
А если найти такие частицы, такие «снаряды», которые, проникнув через электронную оболочку атома, смогли бы преодолеть отталкивающее действие ядра? У них, этих частиц, должна быть очень высокая кинетическая энергия.
В руках ученых были лишь положительные альфа- и отрицательные бета-частицы. Но бета-частицы отпадали: их легко оттолкнули бы электронные оболочки атома.
Оставались альфа-частицы, ядра атомов гелия.
Резерфорд и решил применить эти частицы в качестве стремительных «снарядов». Он использовал альфа-частицы изотопа полония, которые вылетают с громадной скоростью, почти 20 000 километров в секунду.
Опыт Резерфорда, несмотря на всю необычность поставленной задачи, был прост.
Его установка представляла собой небольшую камеру. Внутри располагался радиоактивный препарат, испускавший альфа-частицы. На стенке камеры помещался специальный экран, покрытый сернистым цинком. Это вещество способно светиться под действием альфа-частиц. На экране под микроскопом можно наблюдать очень характерные вспышки — сцинтилляции. Они-то и вызывались альфа-частицами.
Резерфорд наполнил свою камеру азотом и продолжал наблюдения. Снова на экране появлялись вспышки, но совсем не похожие на те, что вызываются альфа-частицами.
Значит, это были другие частицы.
Ученый провел тщательные и многочисленные опыты и установил, что эти непонятные частицы — протоны, ядра атома водорода.
Так обстояло дело на практике. Процесс нужно было объяснить теоретически.
И Резерфорд рассуждал:
Мы имеем ядро азота. Его можно обозначить, как 7N14, где цифра 7 показывает заряд ядра азота, а цифра 14 — атомный вес. Если в ядро азота попадает альфа-частица, то, по-видимому, образуется новое ядро, обозначаемое через X.
Так как альфа-частица имеет заряд, равный двум, и вес, равный четырем, то можно записать «составное» ядро символом 9X18. И если при опыте обнаруживаются протоны, они могут испускаться только этим составным ядром. В итоге получается новое ядро; обозначим его через 8Y17, потому что протон имеет заряд, равный единице, и вес, равный единице. Ядро 8Y17 не может быть ничем иным, как ядром атома кислорода 8O17.
Итак, при бомбардировке азота альфа-частицами образуется кислород. Происходит искусственное превращение элементов.