Природа космических тел Солнечной системы - Дмитрий Николаевич Тимофеев

При любом распаде изотопа элемента образуется новый элемент с другой плотностью, из-за изменения массы ядра атома и из-за изменения заряда ядра, которое приводит к изменению размера электронной оболочки, следовательно, к изменению объема атома. При β-распаде ядра масса его не меняется, а меняется только его заряд. При этом распаде могут быть варианты. В одних случаях происходит испускание отрицательной β-частицы – электрона. И тогда один нейтрон ядра превращается в протон, заряд ядра увеличивается на единицу, а изотоп превращается в следующий элемент по таблице Д. И. Менделеева. В других случаях происходит испускание положительной β – частицы – позитрона или захват электрона из оболочки. И тогда один протон ядра превращается в нейтрон, заряд ядра уменьшается на единицу, а изотоп превращается в предыдущий элемент по таблице Д. И. Менделеева. β-распад происходит у ядер, которые имеют или больше, или меньше нейтронов по сравнению со стабильным изотопом. β-распад является основным типом радиоактивности для изотопов с атомными номерами меньше 60. При α-распаде ядрами атомов испускается α-частица, которая представляет из себя ядро атома гелия (имеет два протона и два нейтрона). При этом «материнское» ядро превращается в «дочернее», имеющее массовое число меньше на 4, а заряд меньше на 2. Элемент превращается в более легкий, имеющий порядковый номер на 2 меньший по таблице Д. И. Менделеева. Например, уран в торий. Всего известно около 25 естественных и более 100 искусственных α-активных ядер. Как правило α-активными являются ядра с большими атомными номерами, начиная с висмута, в которых прочность связей между нуклонами меньше.

В результате α- и β-распадов атомы вновь образовавшихся элементов уже не могут находиться в слоях элементов своих прежних состояний и всплывают (или тонут), перемещаясь в слои соответствующих им элементов. Такие перемещения значительны. Так, за историю Земли в результате естественного распада урана, например, U238 (Т1/2 =4.507х109 лет), половина его запасов распалась естественным образом. По представленной выше гипотезе состава космических тел количество урана в Земле составляло 0.26%, что равно 5976 ∙1021х0.0026 = 15.54∙1021кг. Получается, что распалось 7.77∙1021кг урана. На такую величину уменьшилась масса уранового ядра только за счет реакции естественного распада. Практически вся масса этого урана превратилась в свинец и пополнила его слой. Образующиеся сейчас вновь в результате ядерных реакций элементы продолжают перемещаться в объеме Земли. Каждое промежуточное ядро радиоактивного изотопа, трансформируется по цепочке преобразования из изотопа одного элемента в изотоп другого элемента, каждый раз перемещается из одного слоя в другой слой, то поднимаясь, то опускаясь через слои ядра Земли в соответствии с тем, в изотоп какого атома оно превратилось в данный момент, пока не перейдет в стабильное состояние. Похожая, как у распада урана, картина и по другим естественным и вновь образованным радиоактивным изотопам: Th232, Np237, U233, Рu239…

Картина перемещений преобразующихся изотопов является частью общей картины массообмена в ядре Земли.

Перемещения веществ, вызванные делениями ядер элементов

Гипотеза 29

Перемещения магнитных полюсов Земли говорят о мощных процессах, которые происходят в ее ядре. Такими процессами могут быть деления ядер тяжелых элементов U235, U233, Рu239. Природный уран состоит в основном из U238, но содержит в своем составе 0.7204% изотопа U235. В соответствии с существующими законами при увеличении концентрации изотопа U235 неизбежно начнет происходить цепная реакция деления ядер урана на осколки. При распаде ядра выделяется 2—3 нейтрона, которые раскалывают другие ядра, где в свою очередь выделяются нейтроны, продолжающие процесс. При этом выделяется значительная энергия, составляющая 200 Мэв на ядро атома. Подобные реакции происходят в атомных электростанциях, а также при взрывах ядерных боеприпасов.

Причина концентрации изотопа урана U235 в ядре Земли показана в гипотезе №20. По фундаментальному закону Кричевского—Большакова, газы при высоком давлении и температурах выше критических расслаиваются с образованием поверхностей раздела. При этом расслаивание происходит не только по элементам, но и по их изотопам, что неизбежно приведет к увеличению содержания изотопа урана U235 в определенном слое и создаст условия для протекания реакции ядерного деления.

В результате реакций ядерного деления образуются лишние нейтроны, которые приводят к реакциям ядерного синтеза дополнительных количеств ядерного топлива U233, Pu239:

Th232 + n = Th233 →β→Pa233→β→U233

U238 + n = U239→ β→Np239→ β→Pu239

Эти изотопы также способны на реакции деления по цепному механизму. Образующиеся в реакциях изотопы U233, Pu239, изменив плотность ядер, образуют свои слои на глубинах, соответствующих их плотностям, где распадаются в своих реакциях ядерных делений. В отличие от реакций естественного радиоактивного распада изотопов при реакциях ядерного деления образуются осколки, имеющие значительно меньшие атомные массы. Ядра делятся не на равные части. Осколки по массам примерно соотносятся как 2/3, например,

U235→Sr + Xe

Осколки перенасыщены нейтронами, и испытывают последовательно несколько β-распадов, из изотопа одного элемента превращаются в изотоп другого элемента, прежде чем становятся устойчивыми ядрами.

Известна реакция спонтанного деления ядер, при которой ядра распадаются самопроизвольно без воздействия нейтронов. Период полураспада при спонтанном делении быстро уменьшается с увеличением заряда ядер. При реакциях спонтанного деления образуются, как правило, два сравнимых по массе осколка.

При цепном делении ядер образуется до 200 радиоактивных изотопов от цинка до гадолиния, каждый из которых в условиях ядра Земли совершает перемещение в свой слой вещества. Изотопы с малым периодом полураспада слои не образуют, а в процессе перемещения преобразуются в другие изотопы и далее совершают перемещение уже в соответствии со своим новым состоянием.

Таким образом, существуют перемещения вновь образовавшихся атомов (осколков деления) от разрушающихся в реакциях деления U238, Th232, U235, U233, Pu239 из глубинной части ядра Земли вверх, ближе к мантии Земли, увеличивая массы имеющихся там слоев элементов.

Перемещения, вызванные образованием водорода и гелия

Гипотеза 30

Цепные ядерные реакции в глубинах Земли создают излучение нейтронов. Образуются и так называемые запаздывающие нейтроны, которые выделяют осколки деления распавшихся ядер. Свободные нейтроны имеют небольшой период полураспада Т1/2=12.8 мин. При этом они испытывают β-распад:

n → p+e-+ν

В ходе распада образуется протон, электрон и нейтрино. Заторможенные протоны и электроны образуют атомы водорода. Таким образом, в среде реакций цепного ядерного деления, очевидно, образуется определенное количество водорода, который, обладая сравнительно малой плотностью при повышении температуры, и будет подниматься в ядре Земли к его поверхности.

В процессе естественного радиоактивного распада урана и тория выделяются α-частицы, представляющие из себя ядра атомов гелия. Учитывая, что гелий имеет очень большую энергию ионизации, его ядра неизбежно в условиях ядра Земли соберутся с электронами в атомы и далее начнут подниматься в верхние слои. Как гелий, так и водород имеют очень большую проникающую способность и поднимаются до поверхности Земли, выходя в атмосферу. В отличие от гелия водород имеет довольно большую реакционную способность, взаимодействует с другими атомами с образованием различных химических соединений, в том числе углеводородов и силанов, в виде которых и поднимается к коре Земли. Это приводит к образованию залежей углеводородов и отложению силикатных пород. Гелий в пластах способны удержать только очень плотные покрышки газовых залежей, например, слои соли в месторождениях природного газа Восточной Сибири, где он и обнаруживается. Процессы поднятия гелия и водорода являются частью общего процесса массообмена в ядре и во всем объеме Земли.

Генерация магнитного поля слоями элементов ядра Земли

Гипотеза 31

До настоящего времени нет однозначного ответа на природу образования магнитных полей Солнца и планет Солнечной системы. Одна из выдвинутых ранее гипотез предполагает генерацию магнитного поля Земли за счет индукции от суточного движения ее слоев, имеющих разные