Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв
Книгу Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв читаем онлайн бесплатно полную версию! Чтобы начать читать не надо регистрации. Напомним, что читать онлайн вы можете не только на компьютере, но и на андроид (Android), iPhone и iPad. Приятного чтения!
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Максимальное отклонение атомной массы А от массового числа N для всех изотопов не превышает нескольких тысячных долей массы изотопа. Однако эти ничтожные на первый взгляд отличия очень существенны. Достаточно сказать, что атомная электростанция работает именно благодаря им, а также потому, что знаменитая формула Эйнштейна
Е = пгс2
оказалась истинной.
И в начале века, и много позже эта формула вызывала затяжные и жестокие споры. Если не вникать в гносеологические тонкости, то ее суть можно пояснить следующим образом: в каждом теле с массой пг запасена энергия Е = пгс где с — 3* 1010 см/с — скорость света. Энергия эта огромна: в 1 г вещества содержится
Е=1 г* (3* 1О1осм/с)2 = 9» 1020эрг = 9* 1013 Дж,
то есть столько же, сколько в 3000 т первосортного угля (железнодорожный состав в километр длиной!). Если же масса тела уменьшится всего лишь на три десятитысячные доли грамма (маковое зернышко), выделится энергия такая же, как при сжигании 1 т угля. 0,3 мг вещества и 1 т топлива — в три миллиарда раз больше — вот масштабы ядерной энергии, к которым нам надо теперь привыкать.
Чтобы дальнейшее выглядело более понятным, проделаем несколько простых вычислений. Эти вычисления не сложнее, чем ежемесячные расчеты за электроэнергию по показаниям счетчика, и тем не менее они позволяют прикоснуться к одной из самых глубоких тайн материи.
В ядерной физике энергию принято измерять в особых единицах — в мегаэлектронвольтах (МэВ). Один мегаэлектронвольт — это один миллион электронвольт. Один электронвольт — это энергия, которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов один вольт. Эта единица энергии связана с привычными нам единицами энергии: эргом, джоулем и калорией — с помощью соотношений
1 МэВ = 1,602 • 10“6эрг = 1,602 • 10- 13Дж =
= 3,829-10~14 кал. По формуле Эйнштейна Е = тс2 теперь легко вычислить, что в одной атомной единице массы заключена энергия 931,5 МэВ, поскольку
1 а. е. м. = 1,66054-10~24 г, £=( 1,66054-10~24 г) • (2,9979-1О10 см/с)2 =
= 1,4924- 1О-Зэрг = 931,5 МэВ.
(При вычислении этой величины лучше использовать точное значение скорости света с = 2,99792458• 1010 см/с.)
Сравним эту энергию с энергией, выделяемой при сгорании одного атома углерода. Как известно, в одном моле любого вещества содержится одинаковое число атомов, а именно = 1023 моль-1. Поскольку атомная масса
углерода по определению точно равна А (12С) = 12,00000, то в 1 г угля содержится
NA 04
—г.— = 0,5 • 1023 атомов.
Л(12С)
При полном сгорании 1 г угля выделяется 7800 кал теплоты, или 33 000 Дж, то есть на один атом приходится
энергия

По сравнению с энергией, заключенной в ядре углерода (12-931,5 МэВ = 1,1 • Ю10 эВ, то есть более 10 млрд, электронвольт), энергия сгорания угля ничтожна. Поэтому, если мы сумеем использовать хотя бы тысячную долю энергии, запасенной в ядре, мы и тогда получим ее почти в 3 миллиона раз больше, чем при сжигании угля.
Энергия атомов при комнатной температуре равна 0,04 эВ, а их скорость около 1 км/с. Энергия а-частиц, испускаемых при распаде радия, равна 4,8 МэВ, то есть в 100 миллион раз больше, а их скорость 15 000 км/с всего в 20 раз меньше скорости света. Эту огромную энергию а-частица черпает из ядра радия, и теперь, зная точные атомные массы элементов, можно легко ее вычислить.
В самом деле, атомные массы радия (Ra), радона (Rn) и гелия (Не) соответственно равны
ЛКа =226,02544, A Rn =222,01761, А не =4,0026033.
Поэтому при радиоактивном распаде
2|бКа —2Щ?п+^Не
масса системы уменьшается на
Д/п=Л^а (ЛКп 4~Лне) =0,00523 а. е. м.,
что приведет к выделению энергии
Е = 0,00523 а.е.м.-931,5 МэВ =4,88 МэВ.
Часть ее (примерно 2 %) уносит ядро радона, а остальные 4,8 МэВ — а-частица, что совпадает с экспериментом. 1 г радия за 1 с испускает 3,7-1010 а-частиц, то есть за 1 ч распадается (3,7-Ю10)-3600 = 1,33-1014 атомов и при этом выделится энергия
Е= 1,3-1014-4,8 МэВ = 6,4-1014 МэВ = 24 кал.
Это число примерно в 4 раза меньше, чем значение, полученное впервые Кюри и Лабордом, и в 6 раз меньше, чем измеренное впоследствии значение 135 кал. Причина отличия становится понятной при взгляде на схему распада урана. Дело в том, что радий в чистом виде получить практически невозможно: в нем всегда присутствуют продукты его распада. Уже через несколько дней в препарате радия устанавливается радиоактивное равновесие всех продуктов распада 2itRa вплоть до 28°РЬ (который живет в среднем 19,4 года). В состоянии равновесия числа образующихся и распадающихся ядер каждого сорта равны между собой, поэтому каждый распад 228Ra. влечет за собой распад всех остальных членов радиоактивного семейства. Суммарная энергия, выделяющаяся при этом, равна 28 МэВ, то есть в 5,8 раза больше, чем энергия одиночного распада радия. Таким образом, через несколько дней после приготовления 1 г радия должен излучать в час 24-5,8 = 140 кал теплоты — в хорошем согласии с величиной, измеренной в эксперименте.
Мы намеренно так подробно остановились на этих простых вычислениях. После них ни у кого не должно остаться сомнений в том, что источник энергии радиоактивного распада» который тщетно искали в начале века, после работ Астона перестал быть загадкой.
Эйнштейн получил свою формулу в 1905 г. как простое следствие теории относительности. Оно было столь необычным, что физики вначале не приняли эту формулу всерьез, и в течение почти десяти лет она служила, в основном, поводом для раздумий философов да мишенью для остроумия эстрадных комиков.
Причину такого отношения к формуле Е = тс2 легко понять: казалось, ее невозможно будет никогда проверить. В самом деле, при сжигании 1 г угля выделяется в среднем энергии Q = 7000 кал, то есть 3-1011 эрг. Это означает, что при этом масса угля уменьшается всего лишь
Прочитали книгу? Предлагаем вам поделится своим отзывом от прочитанного(прослушанного)! Ваш отзыв будет полезен читателям, которые еще только собираются познакомиться с произведением.
Уважаемые читатели, слушатели и просто посетители нашей библиотеки! Просим Вас придерживаться определенных правил при комментировании литературных произведений.
- 1. Просьба отказаться от дискриминационных высказываний. Мы защищаем право наших читателей свободно выражать свою точку зрения. Вместе с тем мы не терпим агрессии. На сайте запрещено оставлять комментарий, который содержит унизительные высказывания или призывы к насилию по отношению к отдельным лицам или группам людей на основании их расы, этнического происхождения, вероисповедания, недееспособности, пола, возраста, статуса ветерана, касты или сексуальной ориентации.
- 2. Просьба отказаться от оскорблений, угроз и запугиваний.
- 3. Просьба отказаться от нецензурной лексики.
- 4. Просьба вести себя максимально корректно как по отношению к авторам, так и по отношению к другим читателям и их комментариям.
Надеемся на Ваше понимание и благоразумие. С уважением, администратор knigkindom.ru.
Оставить комментарий
-
Гость Наталья17 июль 12:42 Сюжет увлекательный и затейный,читается легко,но кто убийца,сразу было понятно.... Дорога к Тайнику. Часть 1 - Мария Владимировна Карташева
-
Гость Дарья16 июль 23:19 Отличная книга. Без сцен 18+, что приятно. Легкий и приятный сюжет. Благоразумная ГГ, терпеливый и сдержанный ГГ. Прочла с... Королева драконов - Анна Минаева
-
Dora16 июль 17:16 Типичная история: она — многодетная, затюканная бытом. У нее имеется богатый и красивый муж, у которого завелась любовница, а... Я беременна от вашего мужа - Ольга Ивановна Коротаева