Макалада ядролук бөлүнүү деген эмне, бул процесс кантип ачылган жана сүрөттөлгөн. Анын энергиянын жана ядролук куралдын булагы катары колдонулушу аныкталды.
"Бөлүнгүс" атом
Жыйырма биринчи кылым «атомдун энергиясы», «ядролук технология», «радиоактивдүү калдыктар» сыяктуу сөздөргө жык толгон. Анда-санда гезиттердин баш макалаларында Антарктиданын кыртышынын, океандарынын, муздарынын радиоактивдүү булганышы мүмкүн экендиги жөнүндө флеш кабарлар. Бирок, карапайым адам көбүнчө илимдин бул тармагы эмне экенин жана ал күнүмдүк жашоодо кандайча жардам берерин жакшы түшүнө бербейт. Бул, балким, тарых менен баштоо керек. Тоюп, кийинген адам берген биринчи суроодон баштап эле дүйнөнүн кандай иштегенине кызыккан. Көз кандай көрөт, кулак эмнеге угат, суу таштан эмнеси менен айырмаланат – тээ эзелтен акылмандарды түйшөлткөн нерсе. Байыркы Индияда жана Грецияда да кээ бир билгич адамдар материалдын касиетине ээ болгон минималдуу бөлүкчө (ал «бөлүнбөс» деп да аталчу) бар деп божомолдошкон. Орто кылымдагы химиктер даанышмандардын божомолун ырастап, атомдун азыркы аныктамасы төмөнкүчө: атом – анын касиеттерин алып жүрүүчү заттын эң кичинекей бөлүкчөсү.
Атомдун бөлүктөрү
Бирок, технологиянын өнүгүшү (жылыатап айтканда, фотографиялык) атомдун мындан ары материянын мүмкүн болгон эң кичинекей бөлүкчөсү болуп эсептелбей калышына алып келди. Жана бир атом электрдик нейтралдуу болсо да, окумуштуулар анын заряды ар башка эки бөлүктөн тураарын тез түшүнүштү. Оң заряддуу бөлүктөрдүн саны терс бөлүктөрдүн санын компенсациялайт, ошондуктан атом нейтралдуу бойдон калат. Бирок атомдун ачык модели болгон эмес. Ал мезгилде классикалык физика дагы эле үстөмдүк кылгандыктан, ар кандай божомолдор жасалган.
Атом моделдери
Адегенде «мейиздин түрмөгү» модели сунушталган. Оң заряд атомдун бүт мейкиндигин толтургандай болуп, терс заряддар булочкадагы мейиз сыяктуу ага таралган. Резерфорддун атактуу эксперименти төмөнкүлөрдү аныктаган: оң заряддуу өтө оор элемент (ядро) атомдун борборунда, ал эми айланасында алда канча жеңил электрондор жайгашкан. Ядронун массасы бардык электрондордун суммасынан жүздөгөн эсе оор (ал бүт атомдун массасынын 99,9 пайызын түзөт). Ошентип, Бордун атомдун планетардык модели жаралган. Бирок анын кээ бир элементтери ошол кезде кабыл алынган классикалык физикага карама-каршы келген. Ошондуктан, жаңы, кванттык механика иштелип чыккан. Анын пайда болушу менен илимдин классикалык эмес мезгили башталды.
Атом жана радиоактивдүүлүк
Жогоруда айтылгандардын бардыгынан ядронун атомдун оор, оң заряддуу бөлүгү экени, анын негизги бөлүгүн түзгөнү айкын болот. Энергиянын квантталышы жана атомдун орбитасындагы электрондордун абалы жакшы түшүнүлгөндө, түшүнүүгө убакыт келди.атом ядросунун табияты. Тапкыч жана күтүлбөгөн жерден табылган радиоактивдүүлүк жардамга келди. Бул атомдун оор борбордук бөлүгүнүн маңызын ачууга жардам берди, анткени радиоактивдүүлүктүн булагы ядролук бөлүнүү болуп саналат. Он тогузунчу жана жыйырманчы кылымдардын аягында ачылыштар биринин артынан бири жаады. Бир маселенин теориялык чечилиши жаңы эксперименттерди талап кылды. Эксперименттердин натыйжалары ырастоону же жокко чыгарууну талап кылган теорияларды жана гипотезаларды пайда кылды. Көбүнчө эң чоң ачылыштар формуланы эсептөө оңой болуп калгандыктан (мисалы, Макс Планктын кванты сыяктуу) пайда болгон. Сүрөткө тартуу доорунун башталышында эле окумуштуулар уран туздары фотосезгич пленканы жарыкка чыгарарын билишкен, бирок бул кубулуштун негизи ядролук бөлүнүү экенинен шектенген эмес. Ошондуктан, ядролук ажыроонун табиятын түшүнүү үчүн радиоактивдүүлүк изилденген. Албетте, нурлануу кванттык өтүүлөрдүн натыйжасында пайда болгон, бирок кайсынысы толугу менен ачыкталган эмес. Кюрилер бул суроого жооп берүү үчүн уран рудасында дээрлик кол менен иштеген таза радий менен полонийди казып алышкан.
Радиактивдүү нурлануунун заряды
Рутерфорд атомдун түзүлүшүн изилдөө үчүн көп иштерди жасаган жана атомдун ядросунун бөлүнүү процессин изилдөөгө салым кошкон. Окумуштуу радиоактивдүү элемент чыгарган нурланууну магнит талаасына жайгаштырып, укмуштуудай натыйжага жетишкен. Радиация үч компоненттен турат экен: бири нейтралдуу, калган экөө оң жана терс заряддуу. Ядролук бөлүнүүнү изилдөө аны аныктоодон башталганкомпоненттер. Ядро бөлүнө, оң зарядынын бир бөлүгүн бере ала тургандыгы далилденди.
Ядронун түзүлүшү
Кийинчерээк атом ядросу протондордун оң заряддуу бөлүкчөлөрүнөн гана эмес, нейтрондордун нейтралдуу бөлүкчөлөрүнөн да тураары белгилүү болду. Алар биригип нуклондор деп аталат (англисчеден «ядро», ядро). Бирок, окумуштуулар кайрадан көйгөйгө туш болушту: ядронун массасы (башкача айтканда, нуклондордун саны) анын зарядына дайыма эле туура келе бербейт. Суутекте ядронун заряды +1, массасы үч, эки жана бир болушу мүмкүн. Мезгилдик таблицада кийинки гелийдин ядро заряды +2, ал эми ядросунда 4төн 6га чейин нуклондор бар. Татаал элементтер бир эле заряд үчүн дагы көп түрдүү массаларга ээ болушу мүмкүн. Атомдордун мындай вариациялары изотоптор деп аталат. Мындан тышкары, кээ бир изотоптор абдан туруктуу болуп чыкты, ал эми башкалары тез эле чирип, анткени алар өзөктүк бөлүнүү менен мүнөздөлөт. Ядролордун туруктуулугунун нуклондорунун саны кандай принципке туура келген? Эмне үчүн оор жана туруктуу ядрого бир эле нейтрондун кошулушу анын бөлүнүшүнө, радиоактивдүүлүктүн чыгышына алып келди? Кызык жери, бул маанилүү суроонун жообу али табыла элек. Эмпирикалык түрдө атомдук ядролордун туруктуу конфигурациялары протондор менен нейтрондордун белгилүү өлчөмдөрүнө туура келери белгилүү болду. Эгерде ядродо 2, 4, 8, 50 нейтрон жана/же протон болсо, анда ядро сөзсүз туруктуу болот. Бул сандар атүгүл сыйкыр деп аталат (жана бойго жеткен илимпоздор, ядролук физиктер аларды ушинтип аташкан). Ошентип, ядролордун бөлүнүшү алардын массасына, башкача айтканда, алардын курамына кирген нуклондордун санына көз каранды.
Тамчы, кабык, кристалл
Учурда өзөктүн туруктуулугуна жооптуу факторду аныктоо мүмкүн болгон жок. Атомдун түзүлүшүнүн моделинин көптөгөн теориялары бар. Үч атактуу жана өнүккөн көп учурда ар кандай маселелер боюнча бири-бирине карама-каршы келет. Биринчиси боюнча, ядро өзгөчө өзөктүк суюктуктун тамчысы. Суу сыяктуу суюктук, беттик чыңалуу, биригүү жана ажыроо менен мүнөздөлөт. Кабык моделинде ядродо нуклондор менен толтурулган белгилүү бир энергия деңгээли да бар. Үчүнчүсү өзөк өзгөчө толкундарды (де Бройль) сындырууга жөндөмдүү чөйрө, ал эми сынуу көрсөткүчү потенциалдык энергия деп айтылат. Бирок, бир дагы модель бул химиялык элементтин белгилүү бир критикалык массасында эмне үчүн өзөктүк бөлүнүү башталарын толук сүрөттөй алган жок.
Ажырашуулар кандай болот
Радиоактивдүүлүк, жогоруда айтылгандай, жаратылышта кездешүүчү заттарда табылган: уран, полоний, радий. Мисалы, жаңы казылган, таза уран радиоактивдүү. Бул учурда бөлүнүү жараяны өзүнөн өзү болот. Эч кандай тышкы таасирсиз уран атомдорунун белгилүү бир саны альфа бөлүкчөлөрүн бөлүп чыгарып, өзүнөн өзү торийге айланат. Жарым ажыроо мезгили деп аталган көрсөткүч бар. Ал бөлүктүн баштапкы санынан жарымына жакыны кайсы мезгилге чейин калаарын көрсөтөт. Ар бир радиоактивдүү элемент үчүн жарым ажыроо мезгили ар башка - Калифорния үчүн секунданын бөлчөктөрүнөн баштапуран жана цезий үчүн жүз миңдеген жылдар. Бирок аргасыз радиоактивдүүлүк да бар. Эгерде атомдордун ядролору кинетикалык энергиясы жогору протондор же альфа бөлүкчөлөрү (гелий ядролору) менен бомбаланса, алар «бөлүнүшү» мүмкүн. Трансформация механизми, албетте, эненин сүйүктүү вазасын сындыруудан айырмаланат. Бирок, белгилүү бир окшоштук бар.
Атом энергиясы
Азырынча биз практикалык суроого жооп бере элекпиз: ядролук бөлүнүү учурунда энергия кайдан келет. Баштоо үчүн, ядронун пайда болушу учурунда күчтүү өз ара аракеттешүү деп аталган өзгөчө ядролук күчтөр аракеттенерин тактоо керек. Ядро көптөгөн оң протондордон тургандыктан, алар кантип бири-бирине жабышат деген суроо бойдон калууда, анткени электростатикалык күчтөр аларды бири-биринен абдан катуу түртүшү керек. Жооп жөнөкөй жана бир эле учурда эмес: ядро атайын бөлүкчөлөрдүн нуклондорунун - пи-мезондордун ортосунда өтө тез алмашуу аркылуу бирге кармалат. Бул байланыш укмуштуудай кыска жашайт. Пи-мезондордун алмашуусу токтоору менен ядро чирип кетет. Ошондой эле ядронун массасы аны түзгөн бардык нуклондордун суммасынан аз экени белгилүү. Бул көрүнүш массалык кемчилик деп аталат. Чынында, жетишпеген масса ядронун бүтүндүгүн сактоого сарпталган энергия. Атомдун ядросунан кандайдыр бир бөлүгү бөлүнөрү менен ал энергия бөлүнүп чыгып, атомдук электр станцияларында жылуулукка айланат. Башкача айтканда, ядролук бөлүнүү энергиясы атактуу Эйнштейн формуласынын ачык-айкын далили. Эске салсак, формула мындай дейт: энергия жана масса бири-бирине айланышы мүмкүн (E=mc2).
Теория жана практика
Эми бул таза теориялык ачылыш жашоодо гигаватт электр энергиясын өндүрүү үчүн кандайча колдонуларын айтып беребиз. Биринчиден, башкарылуучу реакциялар мажбурланган ядролук бөлүнүүнү колдонорун белгилей кетүү керек. Көбүнчө бул тез нейтрондор менен бомбаланган уран же полоний. Экинчиден, ядролук бөлүнүү жаңы нейтрондордун жаралышы менен коштолуп жатканын түшүнбөй коюуга болбойт. Натыйжада реакция зонасында нейтрондордун саны абдан тез көбөйүшү мүмкүн. Ар бир нейтрон жаңы, али бузулбаган ядролор менен кагылышып, аларды бөлөт, бул жылуулуктун бөлүнүп чыгышынын көбөйүшүнө алып келет. Бул ядролук бөлүнүү чынжыр реакциясы. Реактордогу нейтрондордун санынын көзөмөлсүз көбөйүшү жарылууга алып келиши мүмкүн. 1986-жылы Чернобыль атомдук электр станциясында дал ушундай болгон. Демек, реакция зонасында ар дайым ашыкча нейтрондорду өзүнө сиңирип алуучу, катастрофаны болтурбай турган зат болот. Бул узун таякчалар түрүндөгү графит. Реакция зонасына таякчаларды батыруу аркылуу ядролук бөлүнүү ылдамдыгын басаңдатууга болот. Ядролук реакция теңдемеси ар бир активдүү радиоактивдүү зат жана аны бомбалоочу бөлүкчөлөр (электрондор, протондор, альфа бөлүкчөлөрү) үчүн атайын түзүлгөн. Бирок, энергиянын акыркы чыгышы сакталуу мыйзамы боюнча эсептелет: E1+E2=E3+E4. Башкача айтканда, баштапкы ядро менен бөлүкчөнүн жалпы энергиясы (E1 + E2) пайда болгон ядронун энергиясына жана эркин формада бөлүнүп чыккан энергияга (E3 + E4) барабар болушу керек. Ядролук реакция теңдемеси чирүүнүн натыйжасында кандай зат алынарын да көрсөтөт. Мисалы, уран үчүн U=Th+He, U=Pb+Ne, U=Hg+Mg. Бул жерде элементтердин изотоптору келтирилген эмес.бирок, бул маанилүү. Мисалы, коргошун менен неондун ар кандай изотоптору пайда болгон урандын бөлүнүшүнүн үчкө чейин мүмкүнчүлүгү бар. Дээрлик жүз пайыз учурларда ядролук бөлүнүү реакциясы радиоактивдүү изотопторду пайда кылат. Башкача айтканда, урандын ажыроосу радиоактивдүү торийди пайда кылат. Торий протактинийге, ал актинийге жана башкаларга чейин чирип кетиши мүмкүн. Бул катарда висмут да, титан да радиоактивдүү болушу мүмкүн. Ал тургай, ядросунда эки протон бар суутек (бир протондун ылдамдыгы боюнча) башкача аталат - дейтерий. Мындай суутек менен пайда болгон суу оор суу деп аталат жана ядролук реакторлордогу биринчи контурду толтурат.
Тынчсыз атом
"Жарыша куралдануу", "кансыз согуш", "ядролук коркунуч" сыяктуу сөздөр заманбап адам үчүн тарыхый жана маанисиз сезилиши мүмкүн. Бирок бир кездерде дээрлик бүткүл дүйнө жүзү боюнча ар бир жаңылык релизинде өзөктүк куралдын канча түрү ойлоп табылганы жана алар менен кантип күрөшүү керектиги тууралуу маалыматтар коштолчу. Адамдар жер астындагы бункерлерди куруп, ядролук кыш болгон учурда камдап алышкан. Баш калкалоочу жайды куруу үчүн бүт үй-бүлөлөр иштешти. Ал тургай ядролук бөлүнүү реакцияларын тынчтык максатта колдонуу да кырсыкка алып келиши мүмкүн. Чернобыль адамзатты бул аймакта этият болууга үйрөткөндөй сезилет, бирок планетанын элементтери күчтүүрөөк болуп чыкты: Япониядагы жер титирөө Фукусима атомдук электр станциясынын абдан ишенимдүү чептерине зыян келтирди. Ядролук реакциянын энергиясын жок кылуу үчүн колдонуу алда канча жеңил. Технологдор кокусунан бүт планетаны жок кылбаш үчүн, жарылуунун күчүн чектөө керек. Эң «гумандуу» бомбалар, эгер аларды ушинтип атай турган болсоңуз, айлананы радиация менен булгабаңыз. Жалпысынан алганда, алар көбүнчө колдонушаткөзөмөлсүз чынжыр реакциясы. Атомдук электр станцияларында бардык чаралар менен качууга аракет кылган нерселерге бомбаларда абдан примитивдүү түрдө жетишилет. Ар кандай табигый радиоактивдүү элемент үчүн таза заттын белгилүү бир критикалык массасы бар, анда чынжыр реакциясы өзүнөн өзү пайда болот. Мисалы, уран үчүн ал болгону элүү килограммды түзөт. Уран өтө оор болгондуктан, диаметри 12-15 сантиметр болгон кичинекей металл шар гана. Хиросима менен Нагасакиге ташталган биринчи атомдук бомбалар дал ушул принцип боюнча жасалган: таза урандын эки тең эмес бөлүктөрү жөн гана биригип, коркунучтуу жарылууну жараткан. Заманбап куралдар, балким, татаалыраак. Бирок критикалык массаны эстен чыгарбоо керек: сактоо учурунда таза радиоактивдүү материалдын кичинекей көлөмүнүн ортосунда тетиктердин биригишине жол бербөөчү тоскоолдуктар болушу керек.
Радиация булактары
Ядролук заряды 82ден жогору болгон бардык элементтер радиоактивдүү. Дээрлик бардык жеңил химиялык элементтердин радиоактивдүү изотоптору бар. Ядро канчалык оор болсо, анын өмүрү ошончолук кыска болот. Кээ бир элементтерди (мисалы, Калифорния) жасалма жол менен гана алууга болот - оор атомдорду жеңилирээк бөлүкчөлөр менен кагыштыруу аркылуу, көбүнчө тездеткичтерде. Алар абдан туруксуз болгондуктан, жер кыртышында жок: планетанын пайда болушунда алар башка элементтерге өтө тез ыдырап кетишкен. Уран сыяктуу жеңил ядролуу заттарды казып алууга болот. Бул процесс узакка созулат, казып алууга жарактуу уран, ал тургай өтө бай рудалардын курамында бир пайыздан азыраак болот. үчүнчү жол,балким, жаңы геологиялык доордун башталгандыгын көрсөтүп турат. Бул радиоактивдүү калдыктардан радиоактивдүү элементтерди алуу. Күйүүчү май электр станциясында, суу астында жүрүүчү кемеде же авианосецте сарпталгандан кийин, баштапкы уран менен акыркы заттын аралашмасы, бөлүнүү натыйжасы алынат. Учурда бул катуу радиоактивдүү калдыктар катары каралып, айлана-чөйрөнү булгабашы үчүн аларды кантип утилизациялоо керек деген курч суроо бар. Бирок жакынкы келечекте бул калдыктардан даяр концентраттуу радиоактивдүү заттар (мисалы, полоний) казылып алынышы мүмкүн.
