Все обо всем. Том 1 - Аркадий Ликум

Какой величины атом?

Давай начнем с того, что наши знания об атоме сегодня могут завтра измениться. С появлением синхрофазотронов ученые постоянно получают все больше информации об атоме.

Интересно, что слово «атом» в греческом языке означал «неделимый». Древние греки считали атом мельчайшей составной частью любой материи.

Сегодня открыто более 20 различных частиц, составляющих атом! Как считают ученые, атом состоит из электронов, протонов, нейтронов, позитронов, нейтрино, мезонов и гиперонов. Электроны — это отрицательно заряженные частицы. Протон, который примерно в 1836 раз тяжелее электрона, заряжен положительно. Более тяжелая частица, нейтрон, нейтрален. Позитрон, примерно равный электрону, также заряжен положительно. Нейтрино примерно в две тысячи раз меньше электрона и не имеет заряда. Мезоны могут быть заряжены положительно или отрицательно. Гипероны больше протонов.

Каким образом все эти частицы, или заряды, располагаются все вместе, до сих пор неизвестно. Из таких атомов состоят различные химические элементы. Некоторые различаются весом, поэтому химические элементы объединяют по атомному весу. Например, водород имеет номер 1 в такой таблице, а железо — номер 55. Это значит, что атом железа в 55 раз тяжелее атома водорода. Однако их вес чрезвычайно мал. Один атом водорода весит всего одну миллион-миллион-миллион-миллионную долю грамма! Чтобы представить, насколько малы атомы, подумай, сколько содержится атомов в одном грамме водорода — это цифра «шесть» с 23 нулями. Если начать их пересчитывать — по одному в секунду — потребуется десять тысяч миллион-миллионов лет, чтобы пересчитать все атомы в одном грамме водорода!

Что такое атомная энергия?

Атомная энергия — это энергия, получаемая из атома. Каждый атом состоит из частичек энергии. Эта энергия объединяет все частицы атома вместе. Поэтому в атомной энергии ядро атома является источником энергии. Эта энергия выделяется при расщеплении атома.

В действительности существует два способа получения энергии из атома. Первый — это реакция синтеза, другой — реакция деления. При реакции синтеза два атома сливаются вместе и образуют единый атом. При соединении атомов выделяется огромная энергия в виде тепла. Большая часть солнечной энергии получается в результате реакции синтеза, происходящей на Солнце. Это один из видов атомной энергии.

Второй способ — это реакция деления, или расщепления. Расщепление происходит при делении одного атома на два. Это происходит при бомбардировке атомов частицами атомов, например нейтронами (он входит в состав атома).

Не всякая бомбардировка атома приводит к его расщеплению. Большинство атомов расщепить невозможно. Но атомы урана и плутония при соответствующих условиях распадаются.

Один из видов урана — уран-235 (его еще называют изотоп урана) при бомбардировке нейтронами расщепляется на две части. Ты можешь себе представить, сколько при этом выделяется энергии? Один килограмм урана-235 выделяет в миллион раз больше энергии, чем выделяется при сгорании одного килограмма угля. Небольшой кусочек урана может обеспечить работу целого океанского корабля, самолета или генератора. Как видишь, атомная энергия может служить основным источником энергии для человечества в будущем.

Что такое радий?

Радий — это радиоактивный элемент. Давай рассмотрим, что такое «радиоактивный».

Все химические элементы состоят из атомов. Большинство атомов стабильно, что означает, что они неизменны. Но некоторые из самых тяжелых атомов распадаются и превращаются в другие. Такой распад называется «радиоактивностью».

Каждый радиоактивный элемент при распаде испускает определенные лучи с какой-то частотой. Эту частоту невозможно ни ускорить, ни замедлить никаким способом. Некоторые элементы распадаются быстро, другие медленно, но в любом случае это явление не подвластно человеку.

Радий при распаде образует в конечном итоге свинец. Например, полграмма радия превратится в атомы другого вещества с меньшим атомным весом за 1590 лет. Еще через 1590 лет произойдет превращение оставшегося радия, и так до тех пор, пока весь радий не станет свинцом.

Радий был открыт супругами Кюри. Они производили очистку тонны уранита — руды, содержащей уран. Было известно, что уран испускает невидимые лучи, но они считали, что должен существовать еще один более мощный элемент. Вначале удалось получить полоний, еще один радиоактивный элемент, и наконец они выделили радий.

Радий выделяет три вида излучений — альфа-, бета — и гамма-лучи. Альфа-излучение — это частицы гелия, имеющие большую скорость. Бета-излучение — это быстрые электроны. Гамма-излучение похоже на рентгеновские лучи, но обладает большей проникающей силой. При испускании одного из этих излучений атом, который является его источником, превращается в другой элемент. Такое изменение называется «атомным превращением».

Почему радиоактивность опасна для человека? Представь себе эти летящие частички разрушенных атомов. Когда эти частички ударяют по другим атомам, они заставляют их разрушаться, изменяя их химические характеристики. А когда эти частички попадают в живые клетки организма, они приводят к их изменениям! Они могут прожечь и уничтожить кожный покров, уничтожить красные кровяные тела, а также вызвать изменения в других клетках.

Следовательно, радиоактивность может быть как полезной, так и опасной для человека.

Что такое рентгеновские лучи?

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 году в Германии Вильгельмом Рентгеном, в честь которого и названы.

Это лучи, наподобие световых, обладают проникающей способностью. Они отличаются от световых лучей длиной волн и энергией. Самая короткая длина волны из рентгеновской трубки составляет от одной пятнадцатитысячной до одной миллионной от длины волны зеленого цвета. Из-за очень маленькой длины волн рентгеновские лучи проникают сквозь материалы, непреодолимые для света. Чем короче длина волны, тем выше проникающая способность этих волн.

Рентгеновская трубка испускает рентгеновские лучи. Из трубки выкачивают воздух до одной сто миллионной первоначального объема. В стеклянной трубке находятся два электрода. Один называется «катод», он заряжен отрицательно. В нем расположена вольфрамовая катушка провода, которая при нагревании электрическим током испускает электроны. Другой электрод — это «мишень», или «анод».

Электроны с огромной скоростью движутся от катода к мишени. Они бомбардируют мишень со скоростью от 100 000 до 325 000 мм/сек.

Мишень состоит из вольфрама и позволяет практически мгновенно остановить электроны. Почти вся энергия электронов превращается в тепло, но некоторые превращаются в рентгеновское излучение, которое выходит через окно в основании трубки в виде рентгеновских лучей.

Ты видел, как делают рентгеновский снимок костей человеческого тела? Рентгеновский снимок — это изображение тени. Рентгеновские лучи проходят сквозь исследуемый участок тела и переносят на пленку тени исследуемого предмета. На обе стороны пленки наносится светочувствительная эмульсия. После съемки ее проявляют как обычную фотопленку. Кости и другие предметы, не пропускающие лучи, выглядят на пленке темнее.

В настоящее время рентгеновские лучи широко используются в медицине, науке и промышленности, оказывая большую помощь человеку.

Что такое космические лучи?

Ты, конечно, читал, что запускаемый спутник оснащен различной исследовательской и научной аппаратурой. А ты заметил, что почти всегда на них устанавливаются приборы, исследующие и обнаруживающие космические лучи? Эти лучи все еще представляют для нас загадку!

Около 60 лет назад ученые обнаружили странное явление. Оказалось, что образцы воздуха в закрытом контейнере обладают незначительной электропроводностью. Даже если контейнер покрывался толстым защитным слоем, происходило то же самое. Это означало, что в контейнер попадала неведомая радиация, имеющая огромную проникающую силу!

Что это за загадочная радиация? Было проведено множество опытов, чтобы получить ответ. Вначале убедились, что она не земного происхождения, так как она существует и над морем. Эта радиация существует днем и ночью, поэтому она не исходит от Солнца. При подъеме на воздушном шаре эту радиацию регистрировали повсюду и в космосе — отсюда и название «космическая», что означает повсеместная.

Что же собой представляют космические лучи? Это частицы атомов. Они путешествуют вне земной атмосферы со скоростью, близкой к световой. Некоторые из них проникают в земную атмосферу.

Эти частички атомов называют «первичные космические лучи». Они сталкиваются с атомами воздуха. В результате создаются новые частицы, которые движутся в том же направлении с огромными скоростями, как и первичные частицы. Эти новые частицы называют «вторичными космическими лучами». Они в свою очередь сталкиваются с другими атомами и создают новые частицы. Таким образом, настоящий ливень радиации бомбардирует Землю. Один протон, пришедший из космоса, создает такое излучение, которого достаточно для того, чтобы покрыть 90 кв. метров.