Ядро продовжує собі життя
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Є відкриття, наслідки яких майже відразу вгадуються, принаймні, десятками людей, причетних до тієї галузі науки, де вони робляться. Так було з відкриттям вимушеного поділу ядер урану німецькими вченими Ганом і Штрассманом в 1938 році. Настільки ж ясними були наслідки відкриття самовільного (спонтанного) ділення ядер урану російськими вченими К. А. Петржаком і Г. Н. Флеровим в 1940 році. Цими подіями відкрилася ера атомної енергетики. Очевидною, майже тривіальною здається сьогодні ідея використання енергії ядра, що ділиться тим або іншим способом.
Надалі з’ясувалося, що не тільки уран, але і багато хто з трансуранових елементів схильні мимовільно ділитися. І чим важче ядро, тим воно нестійкіше, тим охочіше – з більшою ймовірністю – ділиться. Це властивість настільки характерна для трансуранових елементів, що реєстрація продуктів спонтанного ділення – двох осколків з масами, в сумі рівними масі вихідного ядра – стала основним методом виявлення нових елементів при їх лабораторному синтезі.
У роботах по синтезу 104-го елемента, Курчатова, що проводилися в 1961 році фізиками Дубни під керівництвом академіка Г. Н. Флерова, був виявлений третій тип поділу ядер – розподіл з ізомерного стану. Цей спосіб поділу, якщо вдуматися, не може викликати особливого подиву. Адже спонтанно ділитися здатні ядра трансуранових елементів навіть в основному, спокійному стані. Вони тільки надто великі, настільки, що вже не вистачає ядерних сил, щоб утримати разом протони і нейтрони.
Тим більше очевидно прагнення ядра розділитися, перебуваючи в ізомерному, тобто збудженому стані. Примусьте різко коливатися велику краплю води, і ви побачите, що з нею станеться. Щось подібне відбувається і з ізомерами.
Потім дубненскими фізиками був відкритий ще один, четвертий тип поділу ядер. Пучком іонів бору бомбардували мішень з торію. Утворені в реакції ізотопи 95-го елемента Аm232 і Аm234 ділилися кожен на два осколка. Але не відразу після свого народження, як якщо б вони народжувалися в збудженому стані, а через деякий час, з запізненням. Період напіврозпаду становив 1,4 хвилини для Аm232 і 2,6 хвилини для Аm234. Але для спонтанного ділення з основного стану це відбувалося надто швидко – в мільярди разів швидше. У чому ж справа?
З’ясувалося, що ядра діляться по абсолютно новій схемі. Через деякий час після народження ядро захоплює електрон з найближчої до нього орбіти. (У важких атомах самі ближні до ядра електрони перебувають в «жахливих» умовах. Зовні на них тиснуть десятки зовнішніх орбітальних електронів, зсередини не менш сильно їх тягне до себе ядро.) З захопленням електрона заряд зменшується на одиницю: один з протонів, отримавши подарунок , перетворюється в нейтрон. Так відбувається перетворення ядра 95-го елемента – америцію, в ядро 94-го елемента – плутонію. Причому ядро плутонію народжується в уже збудженому стані і практично миттєво ділиться.
Так що продовжити життя (а може бути, вкоротити?) на кілька хвилин ядер америцію вдається саме завдяки захопленню електрона.
Про значення цього відкриття, мабуть, найкраще судити по тому факту, що з синтезом трансуранових елементів відкрилася зовсім нова сторінка в науці – фізика надважких ядер. Тут мало звіданого – дослідження тільки починаються. А тому відкриття кожного нового явища – це крок до наступних відкриттів.
Важливо знати, як поведе себе кожне нове ядро, чи залишиться стійким або розпадеться, а якщо розпадеться, то яким чином. В кінцевому рахунку, це важливо тому, що майже вся маса навколишньої нас речовини, а значить і енергія, зосереджена в ядрах атомів. Чим важче ядро, тим більше закладено в ньому енергії. Хтозна, може бути, і з надважких ядер вдасться витягувати енергію…
Автор: Ю. Слюсарев.