Физические основы получения атомной энергии - страница 11

В 1934 г. была открыта искусственная радиоактивность, то есть радиоактивность, вызываемая по желанию человека у таких элементов, которые в природных условиях не обладают радиоактивностью. Открытие и исследование искусственной радиоактивности принадлежит французским ученым — выдающемуся борцу за мир коммунисту Фредерику Жолио-Кюри и его жене Ирен Жолио-Кюри. Это открытие — одно из крупнейших событий в истории естествознания; оно привело к разработке методов использования ядерной энергии и оказало чрезвычайно большое влияние на развитие всей науки и техники.

Что же представляют собой лучи радиоактивных веществ? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые исследовали поведение этих лучей в магнитном поле между полюсами сильного магнита. Оказалось, что узкий пучок радиоактивных лучей разделяется в магнитном поле на три пучка (рис. 4). Лучи, отклонявшиеся в ту же сторону, в которую отклоняются движущиеся в магнитном поле положительно заряженные частицы, назвали альфа-лучами (α). Лучи, отклонявшиеся в противоположную сторону, назвали бета-лучами (β). Наконец, лучи, которые не испытывали отклонения в магнитном поле и распространялись прямолинейно, назвали гамма-лучами (γ).

Было установлено, что альфа-лучи — это поток быстро движущихся положительно заряженных частиц (альфа-частиц), оказавшихся при дальнейшем исследовании ядрами атомов гелия. Альфа-частицы вылетают из радиоактивных, преимущественно тяжелых, элементов во всех направлениях с большими скоростями, достигающими 20–25 тыс. км/сек. Двигаясь с такой скоростью, можно было бы совершить кругосветное путешествие вокруг Земли всего за 2 секунды. Кинетическая энергия, которой обладают альфа-частицы при этом, может достигать 10 и более миллионов электронвольт. Если бы можно было собрать один грамм таких частиц и все их одновременно направить на какую-либо мишень, то она получила бы удар, равный удару по крайней мере 100 000 артиллерийских снарядов шестидюймового калибра.

Важнейшим свойством альфа-частиц является их большая ионизирующая способность, обусловленная главным образом наличием у них двойного положительного заряда. Двигаясь в веществе, альфа-частица срывает у атомов, мимо которых пролетает, один или несколько электронов и образует ионы. В воздухе, например, на каждом сантиметре своего пробега альфа-частица ионизирует до 30 000 атомов и образует, следовательно, такое же количество пар ионов.

Растрачивая энергию на ионизацию атомов, альфа-частицы пробегают сравнительно небольшой путь, после чего, присоединяя к себе по два электрона, они превращаются в обычные атомы гелия. Пробег альфа-частиц в воздухе имеет величину 1–16 см.

Пробег альфа-частицы зависит от ее скорости (энергии). Чем больше скорость, тем больше энергия частицы и тем, следовательно, длиннее будет пробег. В подтверждение сказанного ниже приводятся величины пробега альфа-частиц в воздухе при температуре 15° Ц и нормальном давлении для разных скоростей (соответственно разных энергий).

Все альфа-частицы, испускаемые каким-либо радиоактивным веществом, обладают приблизительно одинаковой энергией и вследствие этого имеют практически равную длину пробега.

Пробег альфа-частиц зависит также и от плотности среды, в которой они движутся. В твердых веществах, например, в металлах, бумаге, ткани, стекле и т. п., в которых атомы расположены значительно ближе друг к другу, чем в воздухе, пробег альфа-частиц во много раз короче и составляет несколько тысячных долей сантиметра. Поэтому для полного поглощения всех альфа-частиц с энергией не более 5 Мэв требуется листовой алюминий толщиной всего 0,002 см. Ткань нашей одежды полностью поглощает альфа-частицы любых скоростей.

Вторая часть радиоактивного излучения — бета-лучи — представляет собой поток сверхбыстрых электронов, вылетающих из ядер радиоактивных веществ со скоростями, близкими к скорости света, которая для пустоты равна 300 000