Техника - молодёжи 1951-01, страница 31

1

ШЕМЕНИ

Ф. ЗА ВЕЛЬСКИЙ

Измерение промежутков времени от миллиардов лет до миллиардных долей секунды основано на сравнении изучаемых процессов с такими, скорость течения которых или период повторений хорошо известны.

Для решения отдельных задач по измерению времени привлекаются последние достижения современной науки, а методы этих измерений представляют увлекательную страницу современной науки и техники.

СКОЛЬКО ЛЕТ ЗВЕЗДАМ?

Есть молодые н старые звезды. Возможно лн узнать нх возраст, который ниогда достигает миллионов и миллиардов лет?

Ученые достаточно точно измеряют огромные промежутки времени. Продолжительность жизни небесных тел определяется по нх составу, который изменяется с течением времени с известной скоростью. Метод измерения основан на современном взгляде иа энергетические ресурсы звезд, согласно которому главным источником энергии звезд является атомная энергия.

Направляй на звезды свои телескопы, астрономы тщательно определяют их свойства: размеры, вес, скорость н направление движения, яркость н химический состав...

Для этого существуют хорошо разработанные методы. В частности, состав яебесных тел определяется с помощью спектрального анализа, основанного на том, что каждое вещество при свечении дает характерный только для него одного световой спектр, так же как и неоновые, аргоновые нлн наполненные ртутными парами светящиеся транспаранты реклам иа наших улицах.

Плотность вещества молодой звезды обычно невелика: в ее составе много водорода. На определенном этапе этого процесса уплотнения внутри звезды создаются условия, подходящие для ядерной реакции синтеза водорода в гелий.

Тогда начинается синтез водорода в гелнй, подогревающий звезду. Звезда снова разгорается. Наступает вторая молодость звезды.

Расчеты показывают, что при обычных для звезд температурах, плотностях и содержании водорода количества теплоты, выделяющейся при этой реакции, достаточно для поддержании энергетического баланса эвезды.

Таким образом, чем старше звезда, тем меньше в ее составе водорода и больше гелия, а по отношению количеств этих веществ, определяемому из спектральных измерений, по относительной яркости спектров водорода н гелня можно суднть о возрасте данной звезды.

ВОЗРАСТ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

Возраст земных минералов н горных пород также исчисляется миллионами и миллиардами лет.

Методы определения геологического возраста „пород основаны на измерении относительных количеств продуктов радиоактивного распада, содержащихся в горных породах.

Различают несколько семейств радиоактивных элементов; каждое нз ннх обозначают по названию наиболее долго живущего элемента, например семейства урана, торня, актиняя... Конечным продуктом их радиоактивного распада является свинец.

При промежуточных превращениях каждый нз этих элементов испускает альфа-частнцы, являющиеся ядрами атомов гелин.

Уран, претерпевая ряд радиоактивных распадов, испускает 8 альфа-частиц и превращается, наконец, в стабильный элемент —. свинец, имеющий атомный вес 206.

Другой долго живущий радиоактивный элемент — торий — после ряда радиоактивных распадов, испустив 6 альфа-частиц, также превращается в свинец, причем торневый свинец имеет атомный вес 208.

Простой свинец имеет атомный вес 207,2; таким образом, по атомному весу можно узнать, с каким свинцом мы имеем дело.

В настоящее время точно измерены и хорошо известны периоды полураспада всех членов уранового и торневого семейства. Актиния в природе мало, н поэтому им в этих расчетах пренебрегают.

Периодом полураспада называется время, в течение которого распадается половина атомов радиоактивного вещества. Например, из I грамма урана через 4,498 миллиарда лет останется только 0,5 грамма урана, а нз 1 грамма торня через 13,9 миллиарда лет останется только 0,5 грамма торин.

Так как нам известны периоды полураспада радиоактивных веществ, то для вычисления возраста какого-либо образца горной породы достаточно определить количество находящегося в ней урана и тория, а также уранового н то-риевого свинца. Например: нз 1 килограмма урана через 100 миллионов лет получится 13 граммов свинца и 2 грамма гелия, через 2 миллиарда лет в породе уже накопится 225 граммов свинца и 35 граммов гелия, а через 4 миллиарда лет — 400 граммов свинца, 60 граммов гелия, а урана останется только К килограмма.

Чем больше относительное количество уранового н ториевого свинца по сравнению с материнскими продуктами, нз которых они получились, тем старше данная порода.

Это так называемый свинцовый метод определения геологического возраста.

Аналогично возможно производить определение возраста горных пород по накоплению в ннх гелня. В случае этого, так называемого гелиевого метода возраст вычисляется из отношения количества урана и тория и продукта нх распада — гелня, обнаруженных в данной горной породе.

Piie. Н. ВАЛЮС НЕМЫЕ СВИДЕТЕЛИ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ

Для определения возраста материалов биологического происхождения, таких, например, как дерево, разработан остроумный метод, основанный на измерении относительного количества радиоактивного углерода, содержащегося в данном материале.

Сущность этого метода заключается в следующем: в атмосфере, окружающей Землю, наряду с кислородом, азотом, углеродом и рядом других элементов, содержится и некоторое количество радиоактивного углерода.

В процессе своей жизненной деятельности животные н растения поглощают и выделяют этн вещества и, таким образом, непрерывно обмениваются ими с окружающей средой. В частности, углерод, а с ним н радиоактивный углерод окисляются до углекислоты н поглоща-ютсн главным образом растениями, участвуя, такнм образом, в биохимическом круговороте органической жизни.

Поэтому относительное содержание радиоактивного углерода в атмосфере и в организмах, участвующих в обмене (то-есть живых), можно считать одинаковым.

Прн отмирании организма такой обмен прекращается, и убыль относительного содержания радиоактивного углерода позволяет судить о возрасте материала.

В природе имеется 98,We стабильного изотопа углерода с атомным номером 6 и атомным весом 12. Это означает, что его атомное ядро состоит нз 6 протонов н 6 нейтронов,а электронная оболочка из 6 электронов. Существует еще небольшое количество (1,1°/о) другого стабильного изотопа углерода, ядро которого состоит из 6 'протонов и 7 нейтронов, а электронная оболочка, в соответствии с зарядом ядра, имеет также 6 электронов. Кроме этих двух стабильных изотопов углерода, в природе имеется ничтожное количество изотопа углерода, ядро которого состоит нз 6 протонов н 8 нейтронов, а электронная оболочка имеет попрежнему 6 электронов.

В отлнчне от первых двух этот изотоп углерода радиоактивен, то-есть самопроизвольно распадается. При распаде он испускает бета-частнцу (электрон) и превращаете при этом в азот.

Радиоактивный изотоп углерода непрерывно распадается; поэтому он совершенно исчез бы из природы, если бы ие происходило его пополнение.

Оказывается, что «производством» радиоактивного углерода эанимаетсн космическое излучение.

Вследствие взаимодействия нейтронов космического излучения с атмосферным азотом в атмосфере непрерывно появ-ляетсн некоторое, хотя и очень небольшое, количество радиоактивного углерода, которое с помощью счетчика элементарных частиц можно обнаружить н измерить.

Радиоактивный углерод имеет период полураспада 5700 лет.

29