Техника - молодёжи 1952-02, страница 16

(Продолжение)

Инженер А. БУЯНОВ Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВА

Несчетное количество звезд «горит» во вселенной, непрерывно излучая в пространство энергию. Незатухающим костром «пылает» и Солнце, освещая и «отапливая» нашу планету. Если бы в этом «костре» горели дрова или уголь, то-есть наше обычное земное топливо, то вся его масса давно сгорела бы полностью. Однако солнечный «пожар» длится уже миллиарды лет и не заметно, чтобы он угасал.

Наше Солнце непрерывно излучает в межзвездное пространство такое количество энергии, которое в миллиард миллиардов раз превышает энергию, вырабатываемую Днепрогэсом.

Загадка столь длительного и энергичного «горения» звезд кроется в том, что процессы преобразования вещества протекают на звездах совсем по-иному, чем на планетах.

На планетах атомы соединяются в молекулы, образуя многообразные вещества.

На звездах сами атомы и ядра этих атомов образуются в результате соединения атомных частиц — протонов, нейтронов, электронов.

На планетах в основном протекают химические реакции, то-есть реакции, зависящие от энергии электронов атома.

На звездах же преобладают ядерные реакции, то-есть реакции, связанные с энергией атомного ядра. Энергия, даваемая этими реакциями, огромна. Так, например, ядерная реакция, при которой из водорода образуется грамм-атом, то-есть 4 г гелия, сопровождается «выделением» тепла порядка в 620 млрд. малых калорий. Это в 6,2 млн. раз больше, чем может дать химическая реакция при образовании грамм-молекулы вещества, то-есть при соединении в молекулы 6.02.10²³ атомов. Чтобы получить такую энергию химическим путем, нужно сжечь около 100 т угля.

Граммы и тонны «топлива» — таково соотношение масс при ядерных и химических реакциях, результаты которых приводят к получению одного и того же количества энергии.

Спектральным анализом установлено, что атмосфера звезд на одну треть состоит из водорода, который и является основным звездным «топливом».

Посмотрим, как протекает реакция «горения» этого «топлива». Представим себе следующую картину: среди бесчисленного «роя» движущихся ядер атомов некоторые приближаются друг к другу. Но электрические силы отталкивания между одинаковыми зарядами за

ставляют частицы снова разлетаться в стороны.

% Для того чтобы могла наступить реакция «горения», то-есть атомного синтеза, частицы должны обладать громадной кинетической энергией, способной преодолеть электрические силы отталкивания. Кинетическая энергия частиц, как известно, определяется температурой. Так, например, средней энергии теплового движения протонов, равной 100 электрон-вольтам, соответствует температура порядка 1 млн. градусов. Если же средняя кинетическая энергия протонов равна 10 млн. электрон-вольт, то температура будет измеряться сотней миллиардов градусов.

В недрах звезд, как известно, господствует температура, измеряемая миллионами градусов. При таких температурах уже могут протекать реакции ядерного синтеза: например, из двух протонов образуется ядро атома тяжелого водорода — дейтерон, при этом испускается позитрон и нейтрино, за счет перехода одного из протонов в нейтрон. Каждый грамм протонов, участвующих в этой реакции, дает энергию порядка 2 млн. электрон-вольт. |

Образовавшийся дейтерон может снова присоединить протон, в результате появится ядро атома легкого гелия, состоящего из 2 протонов и 1 нейтрона. Такая реакция имеет место уже при 300—400 тыс. градусов. Энергия, получающаяся от «сплавления» 2 г дейтеронов и 1 г протонов в ядра легкого гелия, равна 10 млн. электрон-вольт, что соответствует 230 000 000 ккал.

Еще большую энергию может дать реакция «сплавления» 3 г тритонов и 1 г протонов в гелионы — ядра атомов гелия. Эта энергия равна 19,9 млн. электрон-вольт!

В реакции участвует всего лишь 4 г вещества, а какое огромное количество энергии сопровождает переход этого . вещества в новое качественное состояние!

Можно представить себе «рождение» ц более сложных атомных ядер. Так, например, протон, взаимодействуя с ядром атома углерода, порождает неустойчивое атомное ядро. Это ядро, в свою очередь, в результате превращения одного протона в нейтрон образует ядро атома тяжелого углерода, встречающегося в небольших количествах в обыкновенном угле и на нашей планете.

Присоединение к тяжелому углероду еще одного протона превращает его в ядро атома изотопа азота.

Еще два присоединяемых протона — и рождается ядро атома

кислорода. Рождение каждого из новых ядер знаменуется энергетическим «фейерверком», величина энергии которого составляет миллионы электрон-вольт.

На поверхности звезд температура значительно ниже, чем в центре. Так, например, на поверхности Солнца температура равна 6 тыс. градусов. При такой температуре вылетевшая из центральной массы Солнца ядерная частица «одевается» в электронные одежды, поскольку ядро атома своим электрическим полем способно притягивать соответствующее количество электронов.

Так появляются атомы.

За счет чего же появляется энергия ядерных реакций?

ЭПЕРГИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

Образование атомных ядер из протонов и нейтронов сопровождается уменьшением некоторой части массы: масса вновь образовавшегося ядра меньше массы пошедших на его образование частиц.

Возьмем для примера следующую ядерную реакцию: в ядро лития, состоящее из 3 протонов и 4 нейтронов, попадает протон. Новое ядро получается неустойчивым и сразу же распадается на два ядра атома гелия. Атомная масса частиц, участвующих в реакции, такова: ядра лития — 7,01818, протона — 1,00813 и ядра гелия -4,00389. В реакции участвовала сумма масс 7,018184-1,00813=8,02631, а образовалось 4,00389 X 2=8,00778, то-есть на 0,01853 меньше. Убыли массы, в пересчете на грамм-атом, соответствует выделение энергии порядка 17,25 млн. электрон-вольт, или 390 000 000 ккал.

Мы уже знаем, что всякому изменению массы тела соответствует строго определенное изменение энергии этого тела. И убыль некоторой части массы ядра в результате течения ядерной реакции следует рассматривать как массу, уносимую энергией излучения (фотонами) и кинетической энергией частиц вещества. Этот процесс следует понимать не как превращение массы в энергию, а как изменение массы, которому всегда сопутствует изменение энергии. '

Образующиеся при ядерных реакциях частицы обладают большой кинетической энергией, получаемой за счет работы сил ядерного и электрического полей. Кинетическая энергия обусловливает повышение температуры только окружающей среды, в то время как излучение в виде электромагнитных волн уходит в мировое про

14