напомним некоторые элементарные сведения о строении вещества, необходимые для понимания принципа действия ядерных бомб.

I. Химические элементы

1. Количество элементов. Периодическая система элементов Менделеева.

В отличие от химических соединений, которых в природе существует очень много (3,5 тыс. соединений из общего количества 300 тыс., известных нам на сегодняшний день), количество простых веществ, или элементов, в природе ограниченно. Последние принято классифицировать по их атомному весу, который при обозначении элемента стоит обычно рядом с его символом. Наиболее известной классификацией элементов является периодическая система элементов Менделеева, где за основу принят кислород, обозначаемый латинской буквой О, с атомным весом 16. Атом кислорода по этой системе обозначается О16. В таблице Менделеева в клетке № 1 стоит самый легкий элемент — водород, а в клетке № 92 — уран.

В 1869 году, когда Менделеев предложил свою классификацию, было известно всего 63 элемента. Менделеев утверждал, что большинство принятых в то время атомных весов были неверными и что всего в природе должно существовать 92 элемента. И действительно, в 1871 году Лекок де Буабодран открыл галлий (№ 31), в 1879 году Нильсон выделил скандий (№ 21), а в 1887 году Винклер открыл германий (№ 32). В дальнейшем открытие новых элементов пошло более быстрыми темпами, и в 1939 году все пустые клетки таблицы Менделеева были заполнены, за исключением клеток под номерами 41, 63, 85 и 87.

К началу 1956 года был известен 101 элемент. Элемент № 100 — фермий — впервые был получен искусственным путем в конце 1953 года, а в конце 1954 года ученым удалось обнаружить 17 атомов 101-го элемента периодической системы Менделеева. В настоящее время говорят уже о существовании 108 элементов, причем элементы от № 102 до № 105 являются довольно устойчивыми, и их можно обнаружить обычным химическим путем, а три последних элемента неустойчивы, и для их исследования приходится прибегать к помощи ядерной химии.

В каждой клетке периодической системы Менделеева могут стоять несколько разновидностей одного и того же элемента, называемых изотопами. Так, в клетке № 1, кроме обычного (легкого) водорода, можно обнаружить еще два его изотопа: дейтерий и тритий, а в клетке № 92 находятся 11 изотопов урана.

2. Обозначение элементов. Число Авогадро.

Каждый элемент обозначается определенным символом, например, кислород — О, водород — Н, уран — U. У этого символа в виде индексов указываются:

а) атомный номер, обозначаемый буквой Z. Атомный номер соответствует номеру клетки, которую занимает данный элемент в таблице Менделеева. Например, водород имеет атомный номер 1, гелий — 2, литий — 3, кислород — 8, уран — 92, плутоний — 94;

б) массовое число А, представляющее собой округленный до целых единиц атомный вес того или иного элемента. Так, массовое число водорода будет равно 1, а урана — 238.

Поэтому в ядерной физике каждый элемент обозначается следующим образом: zX^A.

В ядерной физике встречается также понятие грамм-атома. Грамм-атом какого-либо элемента — это число граммов этого элемента, соответствующее его атомному весу. Таким образом, 1 грамм-атом водорода равен 1,008 г, а 1 грамм-атом урана — 238,07 г. Необходимо отметить, что в грамм-атоме любого элемента содержится всегда одно и то же количество атомов. Это количество, называемое числом Авогадро, равно примерно 6 ^.10²³ (то есть 6 с 23 нулями).

Теперь необходимо хотя бы коротко остановиться на строении атома.

II. Строение атома

Каждое химическое вещество состоит из однородных частиц, называемых молекулами. Если разложить молекулу на более элементарные составные части, мы получим атомы.

Атом принято схематически изображать в виде ядра с вращающимися вокруг него электронами. Ядро состоит из двух видов элементарных частиц (нуклонов): протонов, несущих положительный электрический заряд, и нейтронов, не имеющих никакого электрического заряда. Вокруг ядра вращается целый рой отрицательно заряженных электронов, расположенных в несколько слоев.

1. Атомный номер Z и массовое число А.

Количество протонов, содержащихся в ядре того или иного элемента, равно атомному номеру Z этого элемента. Например, в ядре водорода и его изотопов содержится всего один протон, а в ядре урана — 92 протона. Поэтому водород имеет атомный номер 1, а уран — 92.

Атом электрически нейтрален. Поскольку величина электрического заряда протона равна величине заряда электрона, который называется элементарным зарядом, можно сделать вывод, что число протонов в ядре равно числу электронов, вращающихся вокруг ядра. Следовательно, атомный номер элемента дает возможность судить как о количестве протонов, так и о количестве электронов, содержащихся в атоме этого элемента.

Массовое число А соответствует количеству нуклонов или общему числу протонов и нейтронов в ядре того или иного элемента.

В ядре легкого водорода содержится всего один протон, вокруг которого вращается один электрон. В ядре дейтерия, кроме протона, имеется 1 нейтрон, что в сумме составляет 2 частицы, а в ядре трития — 2 нейтрона, то есть всего 3 частицы. Поэтому мы обозначаем эти изотопы так: легкий водород — iH¹, дейтерий — iH², тритий — iH³.

Из 11 изотопов урана 3 изотопа (с атомным весом 234, 235 и 238) являются естественными.

Содержание урана 235 в природном уране составляет ¹/140, а урана 238 — ¹³⁹/140. Это означает, что на каждые 140 ядер природного урана приходится всего одно ядро урана 235, а остальную массу его составляет уран 238. Что касается урана 234, то в природном уране можно обнаружить лишь его следы.

В ядре урана 235 насчитывается 235 нуклонов. Поскольку число протонов в ядре урана равно 92, простым вычитанием можно определить количество нейтронов, которое в ядре урана 235 будет равно 143. Уран 238 отличается от урана 235 тем, что в его ядре на 3 нейтрона больше. Эти 3 естественных изотопа урана можно обозначить следующим образом: 92U²³⁴, 92U²³⁵, 92U²³⁸.

Плутоний, который в таблице Менделеева стоит в 94-й клетке, имеет массовое число 239. Это означает, что ядро плутония содержит 94 протона и 145 нейтронов.

Следовательно, количество нейтронов любого элемента равно разности А — Z.

Число нейтронов в ядрах легких элементов, как правило, примерно равно числу протонов. Что касается тяжелых элементов, то в их ядрах нейтронов больше, чем протонов.

2. Размеры атома и ядра.

Радиус атома выражается числом порядка 10^-8 см, что соответствует десяти тысячным микрона (микрон