История развития атомной энергетики

Аламосе, штат Нью-Мексико, в пустыне, недалеко от Санта-Фэ. Руководителем

Манхэттенского проекта был назначен бригадный генерал инженерных войск Л.

Гровс, а научным руководителем – физик-теоретик Юлиус Роберт Оппенгеймер.

С этого времени началась работа огромного масштаба, поглотившая

колоссальные средства, материальные ресурсы, человеческие усилия и

приведшая к созданию ядерной бомбы невиданной мощи в июле 1945 г.

Но вернемся к истокам освоения нового источника энергии.

В 1911 г. Э. Резерфорд (1871-1937) сделал в Манчестере доклад

«Рассеяние альфа- и бета-лучей и строение атома». X. Гейгер и Э. Марсден

провели экспериментальную проверку идеи Резерфорда о строении атома. Они

подтвердили существование ядра атома как устойчивой его части, несущей в

себе почти всю массу атома и обладающей положительным зарядом.

В 1913 г. Н. Бор (1885-1962) опубликовал серию статей «О строении

атомов и молекул», открывших путь к атомной квантовой механике. Примерно в

это же время начались, как известно, первые трудности электромагнитной

концепции микромира. Уже квантовая механика несла в себе совершенно новые

взгляды на микропроцессы. Так, в основу многих уравнений квантовой механики

входило значение массы микрочастиц, а открытие спина (от английского spin –

вращение), т. е. собственного момента количества движения, у электрона С.

Гаудсмитом и Дж. Уленбеком (1925 г.) и выдвижение принципа запрета В. Паули

(1925г.) противоречили существовавшим представлениям в физике. Но наиболее

важной оказалась гипотеза нейтрино, выдвинутая в 1931 г. Паули с целью

объяснения кажущихся аномалий в энергетическом распределении электронов,

вылетающих при бета-распаде. Нейтрино было четвертой элементарной частицей

(после электрона, фотона и протона), с которой столкнулась физика того

времени.

В. Паули предположил, что при бета-распаде из ядра вылетает не одна

частица – электрон (как предполагалось ранее), а две – электрон и частица,

названная Паули нейтрино.

На основе опытов Дж. Аллена, выполненных 10 лет спустя, в 1942 г. было

установлено, что нейтрино имеет массу покоя, значительно меньшую (1/30)

массы электрона, и полностью лишено электрического заряда и магнитного

момента.

Если природа трех ранее открытых элементарных частиц (электрона,

фотона и протона) могла считаться электромагнитной, то в отношении нейтрино

сказать это было почти невозможно. Однако до 1932 г. электромагнитная

теория господствовала. Решающим шагом в признании новой физической идеи

стало открытие Чедвиком (1932 г.) пятой частицы - нейтрона.

История открытия нейтрона достаточно поучительна. Еще в 1920 г.

Резерфорд выдвинул предположение о существовании нейтральной частицы. В

1930 г. В. Боте и Г. Бекер сообщили о проникающем излучении, появляющемся

при бомбардировке альфа-частицами ядер легких элементов. Особенно

значительный эффект получался при бомбардировке бериллия. В качестве

детектора излучения был использован счетчик Гейгера. Боте и Бекер

предположили, что наблюдаемое излучение представляет собой поток гамма-

квантов высокой энергии.

Почти одновременно с этими немецкими учеными Ирен и Фредерик Жолио-

Кюри повторили их опыты, используя источник полония большой активности.

Детектором служила ионизационная камера. Используя разные экраны, они

убедились в «сверхпроникающей» способности исследуемого излучения. Помещая

на пути потока частиц экраны из водородсодержащих веществ (парафина в том

числе), они ожидали, что поток уменьшится, но он даже увеличился. Ученые

пришли к выводу, что столкнулись с каким-то новым явлением. Продолжая

опыты, они убедились, что излучение Боте-Бекера способно выбивать ядра из

атомов водорода, гелия и азота. Они установили, что выбитые частицы

приобретали значительную энергию и что в пространство излучаются электроны

высоких энергий. Жолио-Кюри опубликовали результаты своих опытов и

выяснилось, что энергия излучения Боте-Бекера гораздо больше энергии гамма-

излучения.

В феврале 1932 г. ученик Резерфорда Дж. Чедвик после ознакомления с

результатами опытов Жолио-Кюри измерил с помощью электронного оборудования,

пропорционального усилителя, отдельные импульсы, возникающие при

прохождении ядер и электронов через счетчик, и разделил их. Оборудование,

которым пользовался Чедвик, было более совершенным, и результаты его опытов

показали, что первоначальное предположение Боте и Бекера, а также И. и Ф.

Жолио-Кюри об электромагнитной природе сверхпроникающего излучения неверно.

Чедвик установил, что это излучение состоит из электрически

нейтральных частиц с массой, примерно равной массе ядра протона. Это были

нейтроны.

Открытие нейтрона является результатом работы ученых трех стран:

Германии, Франции и Англии. История открытия нейтрона лишний раз

иллюстрирует, что путь к высотам науки изобилует сложностями и весьма

тернист.

Открытие нейтрона указало на существование в природе нового типа сил –

ядерных. Значение этого открытия для развития ядерной физики необычайно

велико, оно позволило преодолеть трудности, стоявшие на пути познания

строения ядра атома. Нейтрон – это «золотой ключик», открывший двери в

ядерную энергетику.

Открытие нейтрона стимулировало появление фундаментальных направлений

науки, таких как физика атомного ядра, физика элементарных частиц.

Впоследствии самостоятельной областью физики стала нейтронная физика.

При этом следует отметить, что открытие нейтрона не было случайным, на

его существование указывало много сопутствующих фактов, и потому его

обнаружение – закономерное следствие знаменитых опытов Резерфорда 1919 г.

по искусственному расщеплению ядер альфа-частиц, работ Боте и Бекера, И. и

Ф. Жолио-Кюри. Но обнаружил нейтрон Дхеймс Чедвик. Свое открытие Чедвик

опубликовал в статье «Возможное существование нейтрона», которую он

направил в печать 17 февраля 1932 г.

Этот день по праву считается днем открытия нейтрона.

О гениальном английском физике Эрнесте Резерфорде (1871-1937)

говорилось уже не раз, но в связи с открытием нейтрона Дж. Чедвиком, его

учеником и сотрудником Кавендишской лаборатории, следует сказать о нем и о

его вкладе в физическую науку.

Э. Резерфорд заложил основы учения о радиоактивности и строении атома.

Он первым осуществил искусственное превращение элементов, установил, что

корпускулярное излучение состоит из альфа- и бета-лучей.

В 1903 г. совместно с Ф. Содди Резерфорд объяснил радиоактивность как

спонтанный распад атома вещества, при котором он меняет свое место в

периодической системе элементов. Резерфорд доказал, что в центре атомов

существует массивное положительно заряженное ядро, он же предложил

планетарную модель атома, в центре которого находится положительно

заряженное ядро, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные

электроны. (Здесь хочется напомнить о гениальных догадках древнегреческих

философов, которые указывали, что атомы непрерывно движутся.) За 12 лет до

открытия нейтрона Резерфорд высказал предположение о существовании

нейтральной частицы - нейтрона, и в 1932 г. оно подтвердилось.

В Кавендишской лаборатории Резерфорда работали и стажировались молодые

ученые из разных стран и в том числе и русские ученые П. Л. Капица, К. И.

Синельников, А. И. Лейпунский, Ю. Б. Харитон.

Итак, 1932 год стал годом великих открытий в ядерной физике. В этом

году возникла физика нового типа, имеющая дело со строением атомов и

исследующая неизвестные до того времени силы и взаимодействия частиц в ядре

атома. Три открытия 1932 г. считаются особенно важными для дальнейшего

развития атомной и ядерной физики:

1. открытие нейтрона;

2. обнаружение позитрона К. Андерсоном в космических лучах. Это была

первая открытая учеными античастица;

3. открытие американским химиком Г. Юри вместе с Ф. Брикведце и Г.

Мерфи дейтерия – тяжелого водорода, стабильного изотопа водорода с

массовым числом 2. При создании первой американской бомбы Юри

руководил производством тяжелой воды (с дейтерием) и участвовал в

работах по разделению изотопов урана.

Хотя мы и называем 1932 год годом великих открытий, но роль этих

замечательных открытий в развитии науки была определена гораздо позднее.

Тогда за ними лишь следовали события, которые служили как бы продолжением

этих открытий.

Первым наиболее выдающимся открытием, совершенным после того, как

Чедвик доказал существование нейтрона, было открытие Ирен и Фредериком

Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности. В этом могли видеть

некоторую закономерность. Ведь Жолио-Кюри сделали важный шаг к открытию

нейтрона, и естественно, что они продолжали опыты по исследованию нейтрона.

Для этого у них в лаборатории било все приспособлено. Они имели источники

альфа-излучения и опыт работы в молодой тогда области физики элементарных

частиц. Их работы показали, что при облучении альфа-частицами легких

элементов некоторые из них испускали наряду с нейтронами и позитроны.

И. и Ф. Жолио-Кюри предположили, что натолкнулись на какое-то

совершенно новое явление, нигде ранее не упоминавшееся, а именно –

позитронное излучение. В своих опытах они бомбардировали алюминий альфа-

частицами большой скорости, а затем постепенно удаляли источник альфа-

частиц, но алюминиевый листок продолжал излучать положительные электроны,

т. е. позитроны, в течение достаточно продолжительного времени. Так была

открыта искусственная радиоактивность (термин родился в Париже, где почти

за 40 лет до этого появился термин «радиоактивность»).

Искусственную радиоактивность открыли в 1933 г., а в 1935 г. Ф. Жолио-

Кюри в своем Нобелевском докладе сказал: «Мы видим, что несколько сотен

различного рода атомов, составляющих нашу планету, не являются раз и

навсегда созданными и существуют не вечно. Мы воспринимаем это именно так

потому, что некоторые существуют еще и сейчас. Другие же, менее устойчивые

атомы уже исчезли. Из этих последних некоторые, вероятно, будут вновь

получены в лабораториях. До настоящего времени удалось получить лишь

элементы с небольшой продолжительностью жизни - от доли секунды до

нескольких месяцев. Чтобы получить достойные упоминания количества

элементов со значительно большой продолжительностью жизни, необходимо

располагать очень мощным источником излучений».

Ныне в США, России, Европе и других странах появились очень мощные

источники излучений в виде ускорителей протонов и электронов на гигантские

энергии.

Дж. Кокрофт (1897-1967), английский физик, в 1932 г. вместе с Э.

Уолтоном создал высоковольтный генератор, работающий по принципу умножения

напряжения. Ускоряя ионы до больших скоростей, они сумели в первой половине

1932 г. ускоренными протонами осуществить ядерную реакцию, облучая литиевую

мишень, и расщепили ядра атомов лития. Здесь уместно добавить, что в

Советском Союзе, в Харьковском физико-техническом институте, ученые-

физики К. Д. Синельников, А. К. Вальтер, А. И. Лейпунский и Г. Д. Латышев

повторили к ноябрю 1932 г. эксперимент на каскадном генераторе, созданном

харьковчанами, и расщепили ядро лития. Это сообщение произвело на Западе

фурор, так как никто не мог ожидать, что в далеком Харькове есть такие

кадры физиков и возможности создать каскадный генератор в короткие сроки.

Вскоре после открытия нейтрона возникли гипотезы о строении ядра. В

дискуссии включились физики-теоретики, и в их числе Д. Д. Иваненко. В 1932

г. он высказал гипотезу о протон-нейтронном составе ядер. Эта модель не

сразу была принята, и, в частности, теоретик В. Гейзенберг провел большую

работу, участвуя в дискуссиях по структуре атомного ядра: он развил идею

обменного характера взаимодействий нуклонов в ядре.

Итальянский физик Э. Ферми (1901-1954), в 1938 г. эмигрировавший из

фашистской Италии в США, внес большой вклад в развитие современной

теоретической и экспериментальной физики. Он заложил основы нейтронной

физики, впервые наблюдал искусственную радиоактивность, вызванную

бомбардировками нейтронами ряда элементов, в том числе урана, создал теорию

этого явления. Позднее, а именно в декабре 1942 г., Ферми первому в мире

удалось осуществить управляемую цепную реакцию в построенном им в США

первом в мире ядерном реакторе.

В 1934 г. Э. Ферми пытался с помощью бомбардировки нейтронами элемента

урана получить заурановые элементы, не существующие в природе. В результате

бомбардировки наблюдалось образование ряда радиоактивных веществ.

Химические исследования показали, что эти вещества являлись изотопами

известных элементов периодической системы. Наблюдаемое им впервые в истории

физики деление ядер урана не было правильно понято. Ферми предположил, что

ядро урана, захватив нейтрон, становится бета-радиоактивным и после

испускания бета-частицы превращается в ядро нового трансуранового элемента.

Эта работа Ферми и посвященные тем же проблемам работы его друга Э.

Сегре привлекли широкое внимание ученых к возможности деления ядер урана. В

конце 1934 г. известный физико-химик Ида Ноддак выступила в техническом

журнале с общим тезисом о том, что с научной точки зрения недопустимо

говорить о новых элементах, не установив, что при облучении урана

нейтронами не возникают какие-либо известные химические элементы:

«Допустимо, что при бомбардировке тяжелых ядер нейтронами эти ядра

распадаются на несколько больших осколков, которые являются изотопами

известных элементов, хотя и не соседних с облученными».

«Читая сегодня эту фразу, мы видим в ней ясное предсказание

возможности деления ядер» (это высказывание принадлежит В. Герлаху,

известному немецкому физику). Но в 1934 г. на эту мысль Иды Ноддак не

обратили внимания, ее пророчество повисло в воздухе, и только после

опубликования работ по делению ядер О. Ганом и Ф. Штрассманном в 1939 г. И.

Ноддак попыталась присвоить себе честь открытия деления ядер урана. Но

ученые с этим не согласились, так как Ган и Штрассманн осуществили деление

ядер урана медленными нейтронами.

Атомистика в предвоенные годы.

Этот период был полон ожиданий новых открытий в ядерной физике.

В начале нашего столетия очень немногие верили в решение «атомной

проблемы». В первые годы XX в. в университетских учебниках физики было

написано «атомная гипотеза», даже не теория. Более того, людей, веривших в

нее, высмеивали, их исследования не поддерживали. Слишком уж многое было

неясно. И только ученые – физики и химики, дерзкая мысль которых проникла в

строение атома, понимали, какие глубины и тайны таит в себе природа

микромира.

Виднейшие ученые-физики, очень многое сделавшие для проникновения

внутрь атома и его ядра, хорошо осознавали, какая бездна трудностей ждет их

на пути овладения тайнами строения ядра. В 1933 г. в своем письме

Британской ассоциации Э. Резерфорд заявил: «...эти превращения атомов

представляют исключительный интерес для ученых, но мы не сможем управлять

ядерной энергией в такой степени, чтобы это имело какую-нибудь коммерческую

ценность. И я считаю, что вряд ли мы когда-нибудь будем способны это

сделать. Наш интерес к этой проблеме – чисто научный».

Резерфорд интуитивно понимал, каких огромных усилий, в том числе и

материальных, может потребовать управление ядерной энергией. Ему было ясно,

что только военные надобности могут заставить государство освоить ядерную

энергию, а этого, хотелось бы верить, опасался великий ученый. Последние

фразы есть, конечно, домысел авторов. К сожалению, на алтарь войны часто

приносились в жертву гениальные научные открытия, величайшие научные

достижения.

В 1938 г. И. Кюри вместе с П. Савичем установила, что при попадании

нейтронов в ядро урана последнее разделяется и получается элемент,

обладающий свойствами лантана, а не трансуранового элемента, как

предполагал в 1934г. Э. Ферми, бомбардируя уран. По существу Ферми и И.

Кюри были в своих опытах очень близки к открытию деления ядер урана, к

сенсации в физике, к установлению факта, что существуют ядерные реакции,

при которых ядро «раскалывается» на два приблизительно равных по массе

осколка. Кстати, А. фон Гроссе пытался доказать, что в опыте Ферми из урана

образуется изотоп предшествующего атома – протактиния. Однако Э. Ферми

образование протактиния решительно отвергал и был прав.

Физики-ядерщики, теоретики и экспериментаторы, в 1937-1938 гг. были в

некоем ажиотаже, в состоянии ожидания скорой сенсации в ядерной физике.

Кстати, в эти годы и в жизни народов происходили крупные события.

Гитлеровская Германия набирала силу. В марте 1938 г. Германия захватила всю

Австрию. На Мюнхенской конференции в сентябре 1938 г. главами

Великобритании (Н. Чемберлен), Франции (Э. Даладье), Италии (Б. Муссолини)

и Германии (А. Гитлер) было подписано соглашение о передаче Германии

Судетской области Чехословакии (со всеми сооружениями, укреплениями,

фабриками, заводами, запасами сырья, путями сообщения и пр.). Это

соглашение можно рассматривать как «умиротворение» Германии за счет стран

Центральной и Юго-Восточной Европы.

Многое ученые, подвергшись гонениям со стороны гитлеровского режима,

были вынуждены эмигрировать из Германии и искать убежища во Франции,

Англии, США и других странах. Это были годы настойчивых попыток овладеть

ядерной энергией; сознавая перспективность этого нового источника энергии,

ученые упорно продвигались к цели. И успех был достигнут в конце декабря

1938 г.

На какой-то стадии в дискуссии по опытам Э. Ферми и И. Жолио-Кюри

включились О. Ган, Л. Мейтнер и Ф. Штрассманн из Германии. У них был

большой опыт в области радиохимии, и поэтому они посчитали необходимым

разобраться в таком важном и сложном вопросе, как создание новых химических

элементов. Новые элементы Ферми напомнили им об уране-2, открытом О. Гамом

в 1923 г. и оказавшемся изотопом протактиния. Это исключало протактиниевую

гипотезу Гроссе.

Началась погоня за трансурановыми элементами, которые, как было

доказано впоследствии, не могли ими оказаться.

С большим трудом и постепенно Ган, Мейтнер и Штрассманн уточняли и

расширяли представления о последствиях облучения урана и тория нейтронами.

(В Германии, в Далемском институте, источники нейтронов обладали слабой

интенсивностью, и потому, следя за ходом опытов, Ган, Мейтнер и Штрассманн

тратили много времени, сменяя друг друга каждые восемь часов.) Работа И.

Кюри и Савича в Париже подтвердила, что при воздействии медленных нейтронов

на уран возникает не протактиний, а элемент, напоминающий лантан, т. е.

элемент с порядковым номером, гораздо меньшим номера урана. Но это

утверждение не было ими распространено в среде физиков.

Работы И. Кюри и Савича послужили поводом для Гана и Штрассманна (Л.

Мейтнер вынуждена была покинуть Берлин в июле 1938 г.) еще раз исследовать

химическую природу бета-излучателей» возникающих в уран-нейтронных

реакциях. Они выявили, что в осадок выпал и барий. Развитие этих событий

запечатлено в обширной переписке между тремя главными участниками – О.

Ганом, Л. Мейтнер и О. Фришем (племянником Мейтнер). Эти частные письма

запечатлели историю открытия деления ядер урана медленными нейтронами. Вот

одно из писем Гана в Стокгольм, Л. Мейтнер: «Вечер, понедельник, 19 декабря

1938г. Весь день я и неутомимый Штрассманн при поддержке ассистенток Либер

и Боне работали с продуктами урана. Сейчас 11 часов вечера, в 12.00

вернется Штрассманн, и я смогу пойти домой...» После рассказа о ходе

эксперимента он пишет: «Через пару дней я вновь напишу тебе о результатах.

Сердечный привет твоему Отто». Л. Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши

результаты ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий

к барию...»

21 декабря О. Ган пишет Л. Мейтнер: «Активированный барий не

превращается в излучающий лантан...»

22 декабря 1938 г. в редакцию журнала «Naturwissenschaft» поступила

работа О. Гана и Ф. Штрассманиа «О доказательстве существования и свойствах

щелочноземельных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами». В

статье было написано об образовании ядер бария.

Несколько позже Л. Мейтнер и О. Фриш показали, что ядра урана-235

делятся под действием медленных нейтронов на два осколка. Они ввели термин

«деление ядер».

Деление тяжелого ядра (урана) сопровождается выделением энергии

осколков порядка 200 МэВ. В последующем было установлено, что при

бомбардировке урана медленными нейтронами число нейтронов на один акт

деления составляет 2,5. Для более тяжелых элементов число нейтронов

несколько увеличивается, именно это обстоятельство позволяет осуществлять

цепную ядерную реакцию.

28 января 1939 г. в «Naturwissenschaft» была направлена вторая, более

обстоятельная статья О. Гана и Ф. Штрассманна «Доказательство возникновения

активных изотопов бария из урана и тория при облучении их нейтронами».

Сразу же после-публикации в январе 1939 г. статьи Гана и Штрассманна о

делении урана в ряде лабораторий опыты с расщеплением ядер были повторены и

дали подтверждение результатов работ О. Гана и Ф. Штрассманна.

В Принстоне (США) Н. Бор и А. Уилер приступили к разработке теории

деления ядра (как капли). В их статье была ссылка на работы Я. И. Френкеля

(из ЛФТИ), который независимо от Бора и Уилера построил теорию деления.

Капельной моделью ядра занимался и известный ленинградский физик-теоретик

(эмигрировавший из СССР) Г. Гамов.

Ныне, когда прошло уже много лет с того времени, как был открыт

процесс деления ядер атомов, можно с уверенностью сказать, что это было

одно из тех редких открытий, которое оказало значительное влияние на жизнь

всего человечества. Качественно процесс деления был объяснен учеными сразу

трех стран: Бором (Дания), Уилером (США) и Френкелем (СССР). Деление ядер

происходит при определенном соотношении кудоновских сил отталкивания,

которые стремятся разорвать тяжелое ядро (урана), и сил поверхностного

натяжения, которые этому препятствуют. Основной величиной в этой модели

являлся так называемый порог деления, который, как предполагалось,

определялся только этими противоборствующими силами.

В советских научных центрах, и прежде всего связанных с ядерной

физикой, интерес к радиохимическим исследованиям ядра атома вспыхнул с

новой силой после сообщений об открытии деления ядер урана в Германии в

начале 1939 г. Уже первая информация о теории процесса позволяла сделать

фантастические выводы: новая форма ядерной реакции высвобождает огромное

количество энергии.

Внеочередное заседание так называемого «ядерного семинара», регулярно

проводимого в ЛФТИ И. В. Курчатовым, привлекло внимание не только

сотрудников Физтеха, но и ученых из других организаций, в том числе из

Института химической физики: Н. Н. Семенова, Ю. Б. Харитона, Я. Б.

Зельдовича и др.

На семинаре было высказано предположение, что при бомбардировке урана

нейтронами возникают не только крупные осколки, но и свободные нейтроны. Ю.

Б. Харитон и Я. Б. Зельдович развили мысль, что свободные нейтроны могут

быть захвачены соседними урановыми ядрами и реакция станет нарастать

лавиной, т.е. по принципу цепной реакции, а это взрыв! В том же 1939 г. Ю.

Б. Харитон и Я. Б. Зельдович показали возможность осуществления цепной

реакции деления ядер урана-235.

Впечатляющие исследования, связанные с проблемой атома, проводились в

РИАН. РИАН ставил задачей изучение явлений природной и искусственной

радиоактивности. Запущенный в те далекие годы первый в СССР и Европе

циклотрон на энергию 4 МэВ позволил получить результаты по взаимодействию

нейтронов почти со всеми элементами периодической системы. С помощью

циклотрона были сформированы нейтронные пучки высокой интенсивности. Среди

продуктов деления В. Хлопиным, М. Пасвик и Н. Волковым весной 1939 г. были

обнаружены радиоактивные изотопы брома, теллура и сурьмы.

И. В. Курчатов, работая над проблемой ядра атома, отлично сознавал,

что сооружаемый в РИАН циклотрон является идеальной установкой для

получения интенсивных потоков нейтронов. Вложив много труда и

изобретательности, Курчатов ускорил ввод этой установки и вместе с

Мысовским, создателем циклотрона, получил много интересных результатов. Но

И. В. Курчатов хорошо понимал, что нужен циклотрон на еще большие энергии,

и получил согласие на сооружение к 1 января 1942 г. циклотрона на 12 МэВ в

специально построенном для него новом здании ЛФТИ. Однако его запуску

помешала война, и он был введен в эксплуатацию уже после войны, в 1949 г.

В ЛФТИ были получены сообщения, что сотрудник Калифорнийского

университета У. Либби пытался наблюдать вылет вторичных нейтронов в

процессе спонтанного деления ядер урана, но потерпел неудачу.

Чувствительность его метода была такой, что он мог бы обнаружить спонтанное

деление, если бы период полураспада не превосходил 1014 лет. Поручив решить

эту задачу своим ученикам Г. Н. Флерову и К. А. Петржаку, Курчатов

возглавил работу в целом. После длительных и упорных исследований он понял,

что надо избавиться от окружающего фона путем защиты экспериментальной

установки, камеры, толстым слоем вещества. Самое простое, что пришло ему в

голову, – это погрузиться с аппаратурой на подводной лодке в глубины моря.

Но оказалось, что вблизи Ленинграда Балтийское море мелкое – 20-30 м.

Такого слоя воды было явно недостаточно для эффективной защиты от

проникающего космического излучения. Тогда Курчатов договорился с

руководством Московского метрополитена о том, чтобы ему разрешили провести

этот эксперимент на одной из глубокозаложенных шахт станции метро. Получив

согласие, Курчатов откомандировал своих сотрудников Г. Н. Флерова и К. А.

Петржака в Москву.

Аппаратуру они разместили на станции метро «Динамо». По ночам, когда

движение поездов метро прекращалось, на глубине 60 м Флеров и Петржак

проводили свои измерения. Эффект получился постоянный, без помех. Через

месяц работы Курчатов пришел к заключению, что вся совокупность

экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования

нового вида радиоактивности – спонтанного, самопроизвольного деления урана.

Курчатов потребовал, чтобы Флеров и Петржак подготовили сообщение об этом

открытии для опубликования в печати. Короткое сообщение А. Ф. Иоффе

направил по трансатлантическому кабелю – каблограммой – в американский

журнал «Physical Review», и в июне 1940 г. она была опубликована.

По мнению Флерова и Петржака, под этим сообщением должна была стоять

также и подпись Курчатова, но он отказался его подписывать, так как, по его

выражению, не хотел «затенять» своих учеников.

Дни и месяцы предвоенного 1940 г. неуклонно вели ученых к

высвобождению внутриядерной энергии, скрытой в недрах атомов. Приближение

этого волнующего события чувствовал каждый, кто стремился ускорить его

осуществление.

В печати, не только научной, все чаще появлялись сообщения о скором

появлении нового, невиданного никогда ранее источника энергии. 26 июня 1940

г. в газете «Известия» сообщалось в одной из статей: «В последнее время

советскими и зарубежными физиками установлено, что деление ядер урана

происходит только под действием медленных нейтронов. Это дает возможность

регулировать процесс деления атомов урана и тем самым использовать огромное

количество внутриатомной энергии.

По приблизительным подсчетам одна весовая единица урана может дать в

два с лишним миллиона раз больше энергии, чем такое же количество угля.

Уран, таким образом, становится драгоценным источником энергии...» А через

полгода, 31 декабря 1940г., в той же газете «Известия» в статье «Уран-235»

говорилось о новом источнике энергии, в миллионы раз превосходящем все до

того существовавшие. В этой статье рассказывалось: «При бомбардировке

нейтронами ядер металла урана происходит необыкновенное явление: из каждого

разбитого ядра вылетают новые нейтроны. Они попадают, в свою очередь, в

ядра урана, расщепляют их и вновь рождают нейтроны. Процесс идет как

лавина. Он идет сам... Тот уран... это разновидность урана, один из его

изотопов. Секрет заключается в том, что он почти ничем не отличается от

вообще урана...

Выделить уран-235 из урана вообще – вот цель, вот задача.

Физика стоит перед открытиями, значение которых неизмеримо».

Приведенные краткие выдержки из газетных статей и высказывания

советских ученых подтверждают, что овладение ядерной энергией, ее

высвобождение из недр атомов становилось реальным уже к середине 1941 г. Но

все упиралось в отсутствие отечественного урана и в необходимость огромных

материальных затрат для создания мощной, очень крупной и специализированной

ядерной индустрии.

В конце 1940 г. И. В. Курчатов представил в Урановую комиссию доклад,

в котором указывал на хозяйственное и военное значение проблемы получения

ядерной энергии при делении урана.

То, как оживленно в среде ученых проходили обсуждения проблем ядерной

физики, хорошо показывает проведение регулярных конференций по ядерной

физике, по атомному ядру с участием ведущих иностранных ученых. Первая

такая конференция прошла в сентябре 1933 г., вторая – в сентябре 1936 г.,

третья – в октябре 1938 г., четвертая – в 1939 г. и пятая была намечена на

октябрь 1941 г., но помешала война.

Советские ученые были близки к освоению ядерной энергии, но война и

первые месяцы поражений надолго остановили работы, связанные с освоением

ядерной энергии в СССР. Практически все работы этого направления были

заморожены, так как все силы наших физических, химических и других

институтов были нацелены на нужды войны. Все силы народа были брошены на

фронт, «все для фронта, все для победы».

Тем временем, в США, Англии и Германии работы, связанные с освоением

ядерной энергии развивались в полную силу. Этому способствовала, как

основная причина, ее военная привлекательность. Перспектива раньше всех

создать оружие, устрашающее своей разрушительной мощью, побуждала

правительства этих стран финансировать разработки в сфере ядерной физики.

Результатом этих усилий явился первый исследовательский атомный

реактор, пущенный 2 декабря 1942 года в Соединенных Штатах под руководством

итальянского ученого Энрико Ферми. Дальнейшие разработки в этом направлении

привели к беспримерной по своей разрушительной силе атомной бомбардировке

японских городов Хиросима и Нагасаки, ознаменовавшей начало ядерной эры.

Атомистика от послевоенных лет до наших дней.

Испытания, связанные с расщеплением атомного ядра, в Советском Союзе

возобновились лишь в середине 1943 года, но уже в декабре 1946 г. в Москве

на территории Института атомной энергии (носящего сейчас имя его основателя

И. В. Курчатова) был введен в действие первый в Европе и Азии

исследовательский ядерный реактор. В августе 1949 г. было проведено

испытание атомной бомбы, а в августе 1953 г. — водородной. Советские ученые

овладели тайнами ядерной энергии, лишив США монополии на ядерное оружие.

Но создавая ядерное оружие, советские специалисты думали и об

использовании ядерной энергии в интересах народного хозяйства,

промышленности, науки, медицины и других областей человеческой

деятельности. В декабре 1946 г. в СССР был пущен первый в Европе ядерный

реактор. В июне 1954 г. вошла в строй первая в мире атомная электростанция

в подмосковном городе Обнинске. В 1959 г. спущен на воду первый в мире

атомный ледокол «Ленин». Таким образом, ядерная физика создала научную

основу атомной технике, а атомная техника в свою очередь явилась

фундаментом ядерной энергетики, которая, опираясь на ядерную науку и

технику, стала в настоящее время развитой отраслью электроэнергетического

производства.

Уже в 1986 г. выработка электроэнергии на АЭС мира достигала 15% от

общего количества энергии, производимой всеми электростанциями, а в ряде

стран ее доля составила 30% (Швеция, Швейцария), 50% (Бельгия) и даже 65-

70% (Франция). Достаточно успешно атомная энергетика развивалась и на

территории бывшего Советского Союза: строились АЭС, наращивалась минерально-

сырьевая урановая база.

Происшедшая в 1986 г. Чернобыльская авария помимо колоссального общего

ущерба людям, народному хозяйству страны нанесла тяжелый удар по ядерной

энергетике в целом и прежде всего по развивающейся в бывшем СССР, где стало

формироваться общественное мнение о необходимости полного запрещения

строительства новых и ликвидации действующих АЭС. Однако всесторонний

анализ перспектив развития мировой энергетики однозначно показал, что

реальных альтернатив у других видов энергии по отношению к атомной

энергетике в обозримом будущем, по существу, нет – при обязательном

условии, что проектирование и строительство АЭС осуществляется с

многократным запасом прочности, с обеспечением их полной безопасности.

Именно по такому пути развивается в настоящее время атомная энергетика в

высокоразвитых странах – во Франции, Бельгии, в сейсмоактивной Японии, США

и других. Уже в 1990 г. мощность АЭС во всем мире достигла около 327 млн

кВт и возрастает, по данным МАГАТЭ, к 2005 г. до 447 млн кВт.

Заключение.

Итак, к концу XX века человечество в полной мере освоило использование

запасов энергии атомных ядер урана-235. Этого вида топлива, сжигаемого в

атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного

шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии

урана, хватит лишь на 50–60 лет.

Безусловно существует возможность использования, в целях получения

энергии, природного газа, угля и нефти. Но такой путь развития энергетики

неприемлем. Причин множество: это и экологическая проблема – заражение

окружающей среды токсичными химическими продуктами сгорания органического

топлива, создание парникового эффекта, и постоянной возрастающей ценой на

органическое топливо. В случае с нефтью и газом, можно сказать, что их

использование в качестве источника энергии по меньшей мере неразумно.

Здесь возникает проблема: из какого материала и какими методами, в

будущем человечество должно получать энергию? На сегодня существует

несколько основных концепций решения проблемы:

1. Расширение сети станций на урановом топливе.

2. Переход к использованию в качестве ядерного топлива тория-232,

который в природе более распространен, нежели уран.

3. Переход к атомным реакторам на быстрых нейтронах, воспроизводящих

ядерное топливо, которое могло бы обеспечить воспроизводство

ядерного топлива более, чем на 3000 лет, в настоящее время является

сложной инженерной проблемой и несет в себе огромную экологическую

опасность, в связи с чем испытывает серьезное противодействие со

стороны мировой экологической общественности, по причине чего имеет

низкую перспективу на внедрение

4. Освоение термоядерных реакций. В термоядерных реакциях происходит

выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро

протекающие термоядерные реакции осуществляются в водородных

бомбах. Сейчас перед наукой стоит задача осуществления термоядерной

реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, спокойно

протекающего процесса. Решение этой задачи даст возможность

использовать громадные запасы водорода на Земле в качестве ядерного

топлива.

В настоящее время наиболее разумным представляется следующая схема

развития энергетики: расширение сети урановых и уран-ториевых атомных

станций в период решения проблемы управления термоядерной реакцией.

Список литературы:

1. В. Н. Михайлов, «Создание первой советской ядерной бомбы», Москва,

ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1995

2. А. М. Петросянц, «Ядерная энергетика»,

3. В. Г. Язиков, Н. Н. Петров, «Урановые месторождения Казахстана», Алматы,

«Гылым», 1995

-----------------------

Государственный Университет Управления

Институт Национальной и мировой экономики

Специальность: предпринимательство

Страницы: 1, 2, 3