50 лет советской физики - страница 7

Вслед за этим ученики академика Н. Н. Семенова — основателя советской школы исследователей цепных химических реакций, академики Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон рассчитали условия, необходимые для осуществления цепного процесса деления ядер урана. Они показали, что при небольшом увеличении доли легкого изотопа уран-235 и использовании обыкновенной воды в качестве замедлителя быстрых нейтронов деления до тепловых скоростей можно в определенном количестве урана, большем «критического», получить устойчивый цепной процесс, приводящий к высвобождению громадного количества ядерной энергии.

В 1940 г. молодые ученики академика И. В. Курчатова — Г. Н. Флеров и К. А. Петржак произвели серию очень тонких исследований, показавших наличие самопроизвольного деления ядер урана. Дело в том, что эти ядра настолько сложны, в них так много одноименно заряженных протонов, что они находятся где-то на грани устойчивости. Оказалось, что под влиянием этой неустойчивости то одно, то другое ядро урана само собою делится на осколки. При этом возникают свободные нейтроны, способные вызвать цепной процесс в надлежащих условиях. Правда, самопроизвольное деление протекает крайне медленно, с периодом полураспада порядка 10^>16 лет. Но и при этом в куске урана весом в 1 кг ежесекундно самопроизвольно делятся несколько ядер и возникают нейтроны, способные вызвать цепной процесс. Вот почему в конструкции атомной бомбы не предусматривают никакого постороннего источника нейтронов, возбуждающих атомный взрыв.

В настоящее время между крупнейшими государствами происходит своеобразное соревнование, целью которого является создание все более мощных ускорителей заряженных частиц. Еще недавно самым могучим ускорителем был синхрофазотрон Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Он разгоняет протоны до энергии в 10 миллиардов электрон-вольт (Бэв). Вслед за ним в Женеве в Европейское атомном центре (ЦЕРН) вступил в строй ускоритель на 28 Бэв. Затем американцы в Калифорнии построили ускоритель на 33 Бэв. Сейчас мы завершаем строительство гигантского протонного ускорителя на 70 Бэв вблизи Серпухова. Имеются проекты ускорителей на 250 Бэв (США, Калифорния), 350 Бэв (Женева, ЦЕРН) и на 1000 Бэв (СССР).

Чем же вызвано такое соревнование? Дело в том, что ускоритель — это своеобразный ядерный микроскоп. Чем выше энергия ускоренных им частиц, тем короче длина сопряженной с ними волны и тем мельче детали, доступные исследователям. Современная физика не удовлетворяется возможностью детально исследовать атомные ядра. Исследователи намерены проникнуть внутрь элементарных частиц и изучить строение протона, нейтрона и даже электрона. А для этого нужны частицы с длиной волны порядка 10^>−14–10^>−15 см. Так как по формуле Де-Бройля

то чем больше v, тем короче длина волны λ. Стремление получить максимально короткие волны и вызывает необходимость строить мощные и дорогие ускорители. Ведь если ваш электронный микроскоп имеет разрешающую способность в 100 А[2], то в него нельзя увидеть объектов, размеры которых оказываются меньше указанной величины.

Но ускоритель способен не только выявлять детали строения исследуемых объектов. Он также способен создавать новые объекты, ранее отсутствовавшие в окружающем нас мире. Чем выше энергия ускоренных частиц, тем больше новых типов элементарных частиц они порождают при взаимодействии, тем глубже мы проникаем в тайны микромира. Продукция ускорителя — мезоны разных типов, гипероны, резонансы и другие представители мира элементарных частиц.

В конце 40-х годов ученым казалось, что ускорители имеют очень жесткие пределы энергии, которую они способны сообщать разгоняемым частицам.

У циклотрона этот предел связан с релятивистским эффектом увеличения массы со скоростью. Так, уже при 100 млн. эв масса ядра тяжелого водорода на 5 % больше его массы покоя. Как известно, условием синхронизма для частиц, ускоряемых в циклотроне, является соотношение

При возрастании массы m частица начинает отставать по фазе от фазы напряжения генератора. В конце концов частица начинает приходить в ускоряющий промежуток между дуантами в момент, когда электрическое поле оказывает не ускоряющее, а тормозящее воздействие.