Ndarja e bërthamës atomike. Superfuqi

Zbulimi i bërthamës atomike Le të shqyrtojmë më në detaje një nga zbulimet themelore të Rutherford - zbulimin e bërthamës atomike dhe modelin planetar të atomit. Ne kemi parë se asimilimi i atomit në sistemin planetar është bërë në fillim të shekullit të 20-të. Por ky model ishte i vështirë

Modeli proton-neutron i bërthamës Më 28 maj 1932, fizikani sovjetik D. D. Ivanenko botoi një shënim në Nature në të cilin ai sugjeroi se neutroni, së bashku me protonin, është një element strukturor i bërthamës. Ai theksoi se një hipotezë e tillë zgjidh problemin e katastrofës së azotit. AT

Brenda bërthamës Ky udhëtim i paprecedentë për pasagjerët e bërthamës së Zhyl Vernit nuk do të jetë aq i qetë dhe i sigurt sa përshkruhet në roman. Megjithatë, mos mendoni se rreziku i kanoset gjatë udhëtimit nga Toka në Hënë. Aspak! Nëse do të arrinin të qëndronin gjallë për momentin,

Tek kapitulli VIII 6. Presioni brenda një topi Për lexuesit që dëshirojnë të kontrollojnë llogaritjet e përmendura në faqen 65, ne paraqesim këtu këto llogaritje të thjeshta. Për llogaritjet, do të duhet të përdorim vetëm dy formula për lëvizjen e përshpejtuar, përkatësisht: fund

4.2. Karakteristikat fizike, struktura e bërthamës Në dekadën e fundit, njohuritë tona për kometat dhe proceset që ndodhin në to janë zgjeruar ndjeshëm. Një rritje e mprehtë e interesit për kometat u lehtësua nga përgatitja dhe mbajtja e një hapësire ndërkombëtare

Rutherford dhe zbulimi i bërthamës atomike Çfarë ndodhi me dikë që ishte një lojtar i mirë regbi në rininë e tij, dhe më pas mendoi para kujtdo tjetër se atomi mund të kalbet? Ernest Rutherford përfundoi "mërgimin" e tij amerikan në janar 1907, pak kohë pas vdekjes së tij.

Shpesh thuhet se ekzistojnë dy lloje shkencash - shkencat e mëdha dhe ato të vogla. Ndarja e atomit është një shkencë e madhe. Ajo ka objekte gjigante eksperimentale, buxhete kolosale dhe merr pjesën e luanit të çmimeve Nobel.

Pse fizikantëve u duhej të ndanin atomin? Përgjigja e thjeshtë - për të kuptuar se si funksionon atomi - përmban vetëm një pjesë të së vërtetës, por ka edhe një arsye më të përgjithshme. Të flasësh fjalë për fjalë për ndarjen e atomit nuk është plotësisht e saktë. Në realitet, ne po flasim për një përplasje të grimcave me energji të lartë. Në përplasjen e grimcave nënatomike që lëvizin me shpejtësi të madhe, lind një botë e re ndërveprimesh dhe fushash. Fragmentet e materies që mbartin energji të madhe, të shpërndara pas përplasjeve, fshehin sekretet e natyrës, e cila nga "krijimi i botës" mbeti i varrosur në zorrët e atomit.

Objektet në të cilat kryhen përplasjet e grimcave me energji të lartë - përshpejtuesit e grimcave - mahniten me madhësinë dhe koston e tyre. Ata arrijnë disa kilometra në gjerësi, dhe në krahasim me to, edhe laboratorët në të cilët studiohen përplasjet e grimcave duken të vogla. Në fusha të tjera të kërkimit shkencor, pajisjet janë të vendosura në laborator; në fizikën me energji të lartë, laboratorët janë të lidhur me përshpejtuesin. Së fundmi, Qendra Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN), e vendosur afër Gjenevës, ka ndarë disa qindra milionë dollarë për ndërtimin e një përshpejtuesi unazor. Perimetri i tunelit që po ndërtohet për këtë qëllim arrin në 27 km. Përshpejtuesi, i quajtur LEP (LEP, unazë e madhe elektron-pozitron), është projektuar për të përshpejtuar elektronet dhe antigrimcat e tyre (pozitronet) në shpejtësi që janë vetëm "një fije floku" të ndryshme nga shpejtësia e dritës. Për të marrë një ide të shkallës së energjisë, imagjinoni që në vend të elektroneve, një monedhë qindarke të përshpejtohet në shpejtësi të tilla. Në fund të ciklit të përshpejtimit, do të kishte energji të mjaftueshme për të prodhuar energji elektrike me vlerë 1000 milionë dollarë! Nuk është për t'u habitur që eksperimente të tilla zakonisht klasifikohen si fizikë me energji të lartë. Duke lëvizur drejt njëri-tjetrit brenda unazës, rrezet e elektroneve dhe pozitroneve përjetojnë përplasje kokë më kokë, në të cilat elektronet dhe pozitronet asgjësohen, duke çliruar energji të mjaftueshme për të krijuar dhjetëra grimca të tjera.

Cilat janë këto grimca? Disa prej tyre janë vetë "tullat" nga të cilat jemi ndërtuar: protonet dhe neutronet që përbëjnë bërthamat atomike dhe elektronet që qarkullojnë rreth bërthamave. Grimcat e tjera zakonisht nuk gjenden në lëndën përreth nesh: jetëgjatësia e tyre është jashtëzakonisht e shkurtër dhe pasi skadon, ato kalben në grimca të zakonshme. Numri i varieteteve të grimcave të tilla të paqëndrueshme jetëshkurtër është i mahnitshëm: disa qindra prej tyre janë tashmë të njohura. Ashtu si yjet, grimcat e paqëndrueshme janë shumë të shumta për t'u dalluar "me emër". Shumë prej tyre tregohen vetëm me shkronja greke, dhe disa janë thjesht numra.

Është e rëndësishme të kihet parasysh se të gjitha këto grimca të shumta dhe të ndryshme të paqëndrueshme nuk janë aspak në kuptimin e mirëfilltë pjesë përbërëse protonet, neutronet ose elektronet. Përplasja, elektronet dhe pozitronet me energji të lartë nuk shpërndahen fare në shumë fragmente nënatomike. Edhe në përplasjet e protoneve me energji të lartë, të cilat padyshim përbëhen nga objekte të tjera (kuarke), ato, si rregull, nuk ndahen në pjesë përbërëse në kuptimin e zakonshëm. Ajo që ndodh në përplasje të tilla shihet më mirë si prodhim i drejtpërdrejtë i grimcave të reja nga energjia e përplasjes.

Rreth njëzet vjet më parë, fizikanët ishin krejtësisht të hutuar nga bollëku dhe shumëllojshmëria e grimcave të reja nënatomike, të cilat dukej se nuk kishin fund. Ishte e pamundur të kuptohej per cfare kaq shumë grimca. Ndoshta grimcat elementare janë si banorët e kopshtit zoologjik me përkatësinë e tyre të nënkuptuar në familje, por pa ndonjë taksonomi të qartë. Apo ndoshta, siç besonin disa optimistë, grimcat elementare mbajnë çelësin e universit? Cilat janë grimcat e vëzhguara nga fizikanët: fragmente të parëndësishme dhe të rastësishme të materies ose skica të një rendi të perceptuar në mënyrë të paqartë që shfaqen para syve tanë, duke treguar ekzistencën e një strukture të pasur dhe komplekse të botës nënbërthamore? Sot nuk ka asnjë dyshim për ekzistencën e një strukture të tillë. Mikrokozmosi ka një rend të thellë dhe racional, dhe ne fillojmë të kuptojmë se cili është kuptimi i të gjitha këtyre grimcave.

Hapi i parë drejt kuptimit të mikrokozmosit u hodh si rezultat i sistemimit të të gjitha grimcave të njohura, ashtu si në shekullin e 18-të. biologët përpiluan katalogë të detajuar të specieve bimore dhe shtazore. Karakteristikat më të rëndësishme të grimcave nënatomike janë masa, ngarkesa elektrike dhe rrotullimi.

Meqenëse masa dhe pesha janë të lidhura, grimcat me një masë të madhe shpesh quhen "të rënda". Lidhja e Ajnshtajnit E \u003d mc ^ 2 tregon se masa e një grimce varet nga energjia e saj dhe rrjedhimisht nga shpejtësia e saj. Një grimcë lëvizëse është më e rëndë se një grimcë në qetësi. Kur njerëzit flasin për masën e një grimce, ata e nënkuptojnë atë. masë pushimi, pasi kjo masë është e pavarur nga gjendja e lëvizjes. Një grimcë me masë pushimi zero lëviz me shpejtësinë e dritës. Shembulli më i dukshëm i një grimce me masë pushimi zero është fotoni. Besohet se elektroni është më i lehtë nga grimcat me masë pushimi jo zero. Protoni dhe neutroni janë pothuajse 2,000 herë më të rënda, ndërsa masa e grimcave më të rënda që është krijuar në laborator (grimcat Z) është rreth 200,000 herë më e madhe se masa e një elektroni.

Ngarkesa elektrike e grimcave ndryshon në një gamë mjaft të ngushtë, por, siç e vumë re, ajo është gjithmonë një shumëfish i njësisë themelore të ngarkesës. Disa grimca, si fotonet dhe neutrinot, nuk kanë ngarkesë elektrike. Nëse ngarkesa e një protoni të ngarkuar pozitivisht merret si +1, atëherë ngarkesa e një elektroni është -1.

Në kap. 2, ne prezantuam një karakteristikë më shumë të grimcave - rrotullimin. Gjithashtu merr gjithmonë vlera që janë shumëfisha të ndonjë njësie themelore, e cila për arsye historike zgjidhet të jetë 1 /2. Kështu, protoni, neutroni dhe elektroni kanë një spin 1/2, dhe rrotullimi i fotonit është 1. Njihen gjithashtu grimcat me rrotullime 0, 3/2 dhe 2. Grimcat themelore me rrotullime më të mëdha se 2 nuk janë gjetur dhe teoricienët besojnë se grimcat me rrotullime të tilla nuk ekzistojnë.

Rrotullimi i një grimce është një karakteristikë e rëndësishme dhe në varësi të vlerës së saj, të gjitha grimcat ndahen në dy klasa. Grimcat me rrotullime 0, 1 dhe 2 quhen "bozone" - për nder të fizikanit indian Chatyendranath Bose, dhe grimcat me rrotullim gjysmë të plotë (d.m.th. me rrotullim 1/2 ose 3/2 - “fermionet” për nder të Enriko Fermit. Përkatësia në një nga këto dy klasa është ndoshta më e rëndësishmja në listën e karakteristikave të grimcave.

Një karakteristikë tjetër e rëndësishme e një grimce është jetëgjatësia e saj. Deri vonë besohej se elektronet, protonet, fotonet dhe neutrinot janë absolutisht të qëndrueshme, d.m.th. kanë një jetë të pafund. Neutroni mbetet i qëndrueshëm për aq kohë sa është i "mbyllur" në bërthamë, por një neutron i lirë prishet në rreth 15 minuta. Të gjitha grimcat e tjera të njohura janë shumë të paqëndrueshme, me jetëgjatësi që varion nga disa mikrosekonda në 10-23 s. Intervale të tilla kohore duket e pakuptueshme, e vogël, por nuk duhet harruar se një grimcë që fluturon me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës (dhe shumica e grimcave të lindura në përshpejtues lëvizin pikërisht me shpejtësi të tilla) arrin të fluturojë një distancë prej 300 m në një mikrosekondë. .

Grimcat e paqëndrueshme i nënshtrohen kalbjes, i cili është një proces kuantik, dhe për këtë arsye ka gjithmonë një element të paparashikueshmërisë në kalbje. Jetëgjatësia e një grimce të caktuar nuk mund të parashikohet paraprakisht. Bazuar në konsideratat statistikore, mund të parashikohet vetëm jetëgjatësia mesatare. Zakonisht flitet për gjysmë-jetën e një grimce, kohën që duhet që një popullatë grimcash identike të zvogëlohet përgjysmë. Eksperimenti tregon se zvogëlimi i popullatës ndodh në mënyrë eksponenciale (shih Fig. 6) dhe gjysma e jetës është 0,693 e jetëgjatësisë mesatare.

Nuk mjafton që fizikanët të dinë se ekziston kjo apo ajo grimcë - ata kërkojnë të kuptojnë se cili është roli i saj. Përgjigja për këtë pyetje varet nga vetitë e grimcave të listuara më sipër, si dhe nga natyra e forcave që veprojnë mbi grimcën nga jashtë dhe brenda saj. Para së gjithash, vetitë e një grimce përcaktohen nga aftësia (ose paaftësia) e saj për të marrë pjesë në ndërveprim të fortë. Grimcat që marrin pjesë në bashkëveprimin e fortë formojnë një klasë të veçantë dhe quhen andronet. Grimcat që marrin pjesë në bashkëveprimin e dobët dhe nuk marrin pjesë në bashkëveprimin e fortë quhen leptonet, që do të thotë "mushkëri". Le të hedhim një vështrim të shkurtër në secilën prej këtyre familjeve.

Si u zbulua dhe u përshkrua ky proces. Zbulohet përdorimi i tij si burim energjie dhe armësh bërthamore.

Atomi "i pandarë".

Shekulli i njëzet e një është i mbushur me shprehje të tilla si "energjia e atomit", "teknologjia bërthamore", "mbeturinat radioaktive". Herë pas here në titujt e gazetave flasin mesazhe për mundësinë e ndotjes radioaktive të tokës, oqeaneve, akullit të Antarktidës. Sidoqoftë, një person i zakonshëm shpesh nuk e ka një ide shumë të mirë se çfarë është kjo fushë e shkencës dhe si ndihmon në jetën e përditshme. Vlen të fillohet, ndoshta, me historinë. Që në pyetjen e parë, të cilën e bëri një person i ushqyer dhe i veshur mirë, ai u interesua se si funksionon bota. Si sheh syri, pse veshi dëgjon, si ndryshon uji nga guri - kjo është ajo që i shqetësonte njerëzit e mençur që nga kohra të lashta. Edhe në Indinë dhe Greqinë e lashtë, disa mendje kureshtare sugjeruan se ekziston një grimcë minimale (quhej edhe "e pandashme") që ka vetitë e një materiali. Kimistët mesjetarë konfirmuan supozimin e të urtëve, dhe përkufizimi modern i atomit është si më poshtë: një atom është grimca më e vogël e një substance që është bartësi i vetive të tij.

Pjesë të një atomi

Megjithatë, zhvillimi i teknologjisë (në veçanti, fotografisë) ka çuar në faktin se atomi nuk konsiderohet më grimca më e vogël e mundshme e materies. Dhe megjithëse një atom i vetëm është elektrikisht neutral, shkencëtarët kuptuan shpejt se ai përbëhet nga dy pjesë me ngarkesa të ndryshme. Numri i pjesëve të ngarkuara pozitivisht kompenson numrin e atyre negative, kështu që atomi mbetet neutral. Por nuk kishte asnjë model të qartë të atomit. Meqenëse fizika klasike dominonte ende në atë kohë, u bënë supozime të ndryshme.

Modelet e atomit

Në fillim u propozua modeli “simite me rrush të thatë”. Ngarkesa pozitive, si të thuash, mbushi të gjithë hapësirën e atomit dhe ngarkesat negative u shpërndanë në të, si rrushi i thatë në një simite. I famshmi përcaktoi sa vijon: në qendër të atomit ka një element shumë të rëndë me një ngarkesë pozitive (bërthamë), dhe elektrone shumë më të lehta janë të vendosura përreth. Masa e bërthamës është qindra herë më e rëndë se shuma e të gjithë elektroneve (ajo përbën 99.9 përqind të masës së të gjithë atomit). Kështu, lindi modeli planetar i atomit i Bohr-it. Megjithatë, disa nga elementët e tij kundërshtonin fizikën klasike të pranuar në atë kohë. Prandaj, u zhvillua një mekanikë e re kuantike. Me shfaqjen e saj filloi periudha jo klasike e shkencës.

Atomi dhe radioaktiviteti

Nga të gjitha sa më sipër, bëhet e qartë se bërthama është pjesa e rëndë, e ngarkuar pozitivisht e atomit, e cila përbën pjesën më të madhe të tij. Kur pozicionet e elektroneve në orbitën e një atomi u studiuan mirë, ishte koha për të kuptuar natyrën e bërthamës atomike. Radioaktiviteti i zgjuar dhe i zbuluar papritur erdhi në shpëtim. Ndihmoi për të zbuluar thelbin e pjesës së rëndë qendrore të atomit, pasi burimi i radioaktivitetit është ndarja bërthamore. Në kapërcyellin e shekullit XIX dhe XX, zbulimet ranë njëra pas tjetrës. Zgjidhja teorike e një problemi kërkonte eksperimente të reja. Rezultatet e eksperimenteve krijuan teori dhe hipoteza që duheshin konfirmuar ose hedhur poshtë. Shpesh zbulimet më të mëdha kanë ardhur thjesht sepse kështu formula u bë e lehtë për t'u llogaritur (si, për shembull, kuantika e Max Planck). Edhe në fillim të epokës së fotografisë, shkencëtarët e dinin se kripërat e uraniumit ndezin një film fotosensiv, por ata nuk dyshuan se ndarja bërthamore ishte baza e këtij fenomeni. Prandaj, radioaktiviteti u studiua për të kuptuar natyrën e kalbjes bërthamore. Natyrisht, rrezatimi u krijua nga tranzicionet kuantike, por nuk ishte plotësisht e qartë se cilat. Curies minuan radium të pastër dhe polonium, duke punuar pothuajse me dorë në mineral uraniumi, për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje.

Ngarkesa e rrezatimit

Rutherford bëri shumë për të studiuar strukturën e atomit dhe dha një kontribut në studimin se si ndodh ndarja e bërthamës atomike. Shkencëtari vendosi rrezatimin e emetuar nga një element radioaktiv në një fushë magnetike dhe mori një rezultat të mahnitshëm. Doli se rrezatimi përbëhet nga tre përbërës: njëri ishte neutral, dhe dy të tjerët ishin të ngarkuar pozitivisht dhe negativisht. Studimi i ndarjes bërthamore filloi me përcaktimin e përbërësve të tij. U vërtetua se bërthama mund të ndahet, të heqë dorë nga një pjesë e ngarkesës së saj pozitive.

Struktura e bërthamës

Më vonë doli se bërthama atomike përbëhet jo vetëm nga grimca të protoneve të ngarkuara pozitivisht, por edhe nga grimca neutrale të neutroneve. Së bashku quhen nukleone (nga anglishtja "nucleus", bërthama). Sidoqoftë, shkencëtarët përsëri hasën në një problem: masa e bërthamës (d.m.th., numri i nukleoneve) nuk korrespondonte gjithmonë me ngarkesën e tij. Në hidrogjen, bërthama ka një ngarkesë prej +1, dhe masa mund të jetë tre, dhe dy dhe një. Heliumi i radhës në tabelën periodike ka një ngarkesë bërthamore +2, ndërsa bërthama e tij përmban nga 4 deri në 6 nukleone. Elementet më komplekse mund të kenë shumë më tepër masa të ndryshme për të njëjtën ngarkesë. Variacione të tilla të atomeve quhen izotope. Për më tepër, disa izotopë rezultuan të ishin mjaft të qëndrueshëm, ndërsa të tjerët u prishën shpejt, pasi ato karakterizoheshin nga ndarje bërthamore. Cili parim korrespondonte me numrin e nukleoneve të qëndrueshmërisë së bërthamave? Pse shtimi i vetëm një neutroni në një bërthamë të rëndë dhe mjaft të qëndrueshme çoi në ndarjen e tij, në çlirimin e radioaktivitetit? Mjaft e çuditshme, përgjigja për këtë pyetje të rëndësishme nuk është gjetur ende. Në mënyrë empirike, rezultoi se konfigurimet e qëndrueshme të bërthamave atomike korrespondojnë me sasi të caktuara të protoneve dhe neutroneve. Nëse ka 2, 4, 8, 50 neutrone dhe/ose protone në bërthamë, atëherë bërthama patjetër do të jetë e qëndrueshme. Këta numra madje quhen magji (dhe shkencëtarët e rritur, fizikanët bërthamorë, i quanin kështu). Kështu, ndarja e bërthamave varet nga masa e tyre, domethënë nga numri i nukleoneve të përfshira në to.

Rënie, guaskë, kristal

Nuk ka qenë ende e mundur të përcaktohet faktori përgjegjës për stabilitetin e bërthamës. Ka shumë teori të modelit.Tre ato më të famshmet dhe të zhvilluara shpesh kundërshtojnë njëra-tjetrën për çështje të ndryshme. Sipas të parës, bërthama është një pikë e një lëngu të veçantë bërthamor. Ashtu si uji, ai karakterizohet nga rrjedhshmëri, tension sipërfaqësor, bashkim dhe kalbje. Në modelin e guaskës, ka edhe nivele të caktuara të energjisë në bërthamë, të cilat janë të mbushura me nukleone. E treta pohon se bërthama është një medium që është i aftë të thyejë valë të veçanta (de Broglie), ndërsa indeksi i thyerjes është. Megjithatë, asnjë model i vetëm nuk ka qenë ende në gjendje të përshkruajë plotësisht pse, në një masë të caktuar kritike të kësaj të veçantë. element kimik, fillon ndarja e bërthamës.

Çfarë është prishja

Radioaktiviteti, siç u përmend më lart, u gjet në substancat që mund të gjenden në natyrë: uranium, polonium, radium. Për shembull, uraniumi i pastër i sapominuar është radioaktiv. Procesi i ndarjes në këtë rast do të jetë spontan. Pa ndonjë ndikim të jashtëm, një numër i caktuar i atomeve të uraniumit do të lëshojnë grimca alfa, duke u shndërruar spontanisht në torium. Ekziston një tregues i quajtur gjysma e jetës. Tregon për çfarë periudhe kohore nga numri fillestar i pjesës do të mbetet rreth gjysma. Çdo element radioaktiv ka gjysmë-jetën e vet - nga fraksionet e sekondës për Kaliforninë deri në qindra mijëra vjet për uraniumin dhe ceziumin. Por ka edhe radioaktivitet të detyruar. Nëse bërthamat e atomeve bombardohen me protone ose grimca alfa (bërthamat e heliumit) me energji të lartë kinetike, ato mund të "ndahen". Mekanizmi i transformimit, natyrisht, është i ndryshëm nga mënyra se si thyhet vazoja e preferuar e nënës. Sidoqoftë, ekziston një analogji e caktuar.

Energjia e atomit

Deri më tani, ne nuk i jemi përgjigjur një pyetjeje praktike: nga vjen energjia gjatë ndarjes bërthamore. Fillimisht duhet sqaruar se gjatë formimit të bërthamës veprojnë forca speciale bërthamore, të cilat quhen ndërveprim i fortë. Meqenëse bërthama përbëhet nga shumë protone pozitive, pyetja mbetet se si ata ngjiten së bashku, sepse forcat elektrostatike duhet t'i sprapsin fort nga njëra-tjetra. Përgjigja është edhe e thjeshtë dhe jo në të njëjtën kohë: bërthama mbahet së bashku nga një shkëmbim shumë i shpejtë midis nukleoneve të grimcave të veçanta - pi-mezoneve. Kjo lidhje është tepër e shkurtër. Sapo ndërpritet shkëmbimi i pi-mezonëve, bërthama prishet. Dihet gjithashtu me siguri se masa e një bërthame është më e vogël se shuma e të gjithë nukleoneve përbërëse të saj. Ky fenomen quhet defekt në masë. Në fakt, masa që mungon është energjia që shpenzohet për të ruajtur integritetin e bërthamës. Sapo një pjesë ndahet nga bërthama e një atomi, kjo energji lirohet dhe shndërrohet në nxehtësi në termocentralet bërthamore. Kjo do të thotë, energjia e ndarjes bërthamore është një demonstrim i qartë i formulës së famshme të Ajnshtajnit. Kujtojmë se formula thotë: energjia dhe masa mund të shndërrohen në njëra-tjetrën (E=mc 2).

Teoria dhe praktika

Tani do t'ju tregojmë se si ky zbulim thjesht teorik përdoret në jetë për të prodhuar gigavat energji elektrike. Së pari, duhet të theksohet se reaksionet e kontrolluara përdorin ndarje të detyruar bërthamore. Më shpesh është uranium ose polonium, i cili bombardohet nga neutronet e shpejtë. Së dyti, është e pamundur të mos kuptohet se ndarja bërthamore shoqërohet me krijimin e neutroneve të reja. Si rezultat, numri i neutroneve në zonën e reagimit mund të rritet shumë shpejt. Çdo neutron përplaset me bërthama të reja, ende të paprekura, i ndan ato, gjë që çon në një rritje të lëshimit të nxehtësisë. Ky është reaksioni zinxhir i ndarjes bërthamore. Një rritje e pakontrolluar e numrit të neutroneve në një reaktor mund të çojë në një shpërthim. Kjo është pikërisht ajo që ndodhi në vitin 1986 në termocentralin bërthamor të Çernobilit. Prandaj, në zonën e reagimit ekziston gjithmonë një substancë që thith neutronet e tepërta, duke parandaluar një katastrofë. Është grafit në formën e shufrave të gjata. Shpejtësia e ndarjes bërthamore mund të ngadalësohet duke i zhytur shufrat në zonën e reagimit. Ekuacioni është hartuar posaçërisht për çdo substancë radioaktive aktive dhe grimcat që e bombardojnë atë (elektrone, protone, grimca alfa). Megjithatë, prodhimi përfundimtar i energjisë llogaritet sipas ligjit të ruajtjes: E1+E2=E3+E4. Kjo do të thotë, energjia totale e bërthamës dhe grimcës origjinale (E1 + E2) duhet të jetë e barabartë me energjinë e bërthamës që rezulton dhe energjinë e lëshuar në formë të lirë (E3 + E4). Ekuacioni i reaksionit bërthamor tregon gjithashtu se çfarë lloj lënde fitohet si rezultat i kalbjes. Për shembull, për uraniumin U=Th+He, U=Pb+Ne, U=Hg+Mg. Izotopet e elementeve kimike nuk janë dhënë këtu, por kjo është e rëndësishme. Për shembull, ka deri në tre mundësi për ndarjen e uraniumit, në të cilin formohen izotopë të ndryshëm të plumbit dhe neonit. Në pothuajse njëqind për qind të rasteve, reaksioni i ndarjes bërthamore prodhon izotope radioaktive. Kjo do të thotë, prishja e uraniumit prodhon torium radioaktiv. Thorium mund të kalbet në protaktinium, ai në aktinium, e kështu me radhë. Si bismuti ashtu edhe titani mund të jenë radioaktivë në këtë seri. Edhe hidrogjeni, i cili përmban dy protone në bërthamë (në shkallën e një protoni), quhet ndryshe - deuterium. Uji i formuar me hidrogjen të tillë quhet ujë i rëndë dhe mbush qarkun primar në reaktorët bërthamorë.

Atom jo paqësor

Shprehje të tilla si "gara e armëve", "lufta e ftohtë", "kërcënimi bërthamor" mund të duken historike dhe të parëndësishme për njeriun modern. Por një herë e një kohë, çdo publikim i lajmeve pothuajse në të gjithë botën shoqërohej me raporte se sa lloje të armëve bërthamore u shpikën dhe si të merren me to. Njerëzit ndërtuan bunkerë nëntokësorë dhe grumbulloheshin në rast të një dimri bërthamor. Familje të tëra punuan për ndërtimin e strehës. Edhe përdorimi paqësor i reaksioneve të ndarjes bërthamore mund të çojë në katastrofë. Duket se Çernobili i mësoi njerëzimit të ishte i kujdesshëm në këtë fushë, por elementët e planetit doli të ishin më të fortë: tërmeti në Japoni dëmtoi fortifikimet shumë të besueshme të termocentralit bërthamor Fukushima. Energjia e një reaksioni bërthamor është shumë më e lehtë për t'u përdorur për shkatërrim. Teknologët duhet vetëm të kufizojnë forcën e shpërthimit, në mënyrë që të mos shkatërrojnë aksidentalisht të gjithë planetin. Bombat më "humane", nëse mund t'i quani kështu, nuk e ndotin mjedisin me rrezatim. Në përgjithësi, më shpesh ata përdorin një reaksion zinxhir të pakontrolluar. Ajo që ata përpiqen të shmangin me të gjitha mjetet në termocentralet bërthamore, arrihet me bomba në një mënyrë shumë primitive. Për çdo element radioaktiv natyral, ekziston një masë e caktuar kritike e substancës së pastër në të cilën një reaksion zinxhir lind vetvetiu. Për uraniumin, për shembull, është vetëm pesëdhjetë kilogramë. Meqenëse uraniumi është shumë i rëndë, ai është vetëm një top i vogël metalik me diametër 12-15 centimetra. Bombat e para atomike të hedhura në Hiroshima dhe Nagasaki u bënë pikërisht sipas këtij parimi: dy pjesë të pabarabarta të uraniumit të pastër thjesht u kombinuan dhe krijuan një shpërthim të tmerrshëm. Armët moderne janë ndoshta më të sofistikuara. Sidoqoftë, nuk duhet harruar masën kritike: duhet të ketë barriera midis vëllimeve të vogla të materialit të pastër radioaktiv gjatë ruajtjes, duke parandaluar lidhjen e pjesëve.

Burimet e rrezatimit

Të gjithë elementët me ngarkesë bërthamore më të madhe se 82 janë radioaktive. Pothuajse të gjithë elementët kimikë më të lehtë kanë izotope radioaktive. Sa më e rëndë të jetë bërthama, aq më e shkurtër është jeta e saj. Disa elementë (si Kalifornia) mund të merren vetëm artificialisht - duke përplasur atomet e rënda me grimcat më të lehta, më së shpeshti në përshpejtuesit. Meqenëse janë shumë të paqëndrueshme, ato nuk ekzistojnë në koren e tokës: gjatë formimit të planetit, ato u shpërbënë shumë shpejt në elementë të tjerë. Substancat me bërthama më të lehta, si uraniumi, mund të minohen. Ky proces është i gjatë, uraniumi i përshtatshëm për nxjerrje, edhe në xehe shumë të pasura, përmban më pak se një për qind. Mënyra e tretë, ndoshta, tregon se një epokë e re gjeologjike tashmë ka filluar. Ky është nxjerrja e elementeve radioaktive nga mbetjet radioaktive. Pasi harxhohet karburanti në një termocentral, në një nëndetëse ose aeroplanmbajtëse, fitohet një përzierje e uraniumit origjinal dhe substancës përfundimtare, rezultat i ndarjes. Për momentin, këto konsiderohen mbetje të ngurta radioaktive dhe lind një pyetje akute se si t'i asgjësoni ato në mënyrë që të mos ndotin mjedisin. Megjithatë, ka të ngjarë që në të ardhmen e afërt substanca radioaktive të gatshme të koncentruara (për shembull, polonium) të nxirren nga këto mbetje.