Медленные нейтроны.

В тридцатых годах XX-го века одному из физиков, а именно Энрико Ферми, пришла в голову простая мысль: поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, то он может спокойно проникать за электронные оболочки и приближаться к ядру и проникать в него. Этим он и занялся вместе с группой других итальянских физиков, из которых самым молодым был двадцатилетний Бруно Понтекорво, хорошо известный советским физикам будущий лауреат Нобелевской премии – он, будучи обманут советской пропагандой, переехал в страну победившего социализма, где и работал в закрытом городе Дубне – фактически, в тюрьме.

Задача была поставлена простая – облучать разные вещества нейтронами и смотреть – что будет происходить. И дело пошло. Неизвестные ранее изотопы разных элементов создавались десятками.

Когда нейтрон, летящий в некое ядро, которое мы в общем виде обозначим как (^N_ZX), поглощается этим ядром, будучи захвачен сильным взаимодействием, возникает изотоп (^N+1_ZX), который как правило нестабильный, несуществующий в природе. Такой изотоп немедленно начинает возвращаться в стабильное состояние, избавившись от лишнего нейтрона, но как именно атом может от него избавиться? Оттолкнуть он его никак не может – нейтрон привязан к другим нуклонам сильным взаимодействием. Но нейтрон может распасться по схеме бета-распада, и именно это и происходит. При таком β-распаде ядра возникает ядро нового элемента Y с зарядом ядра Z+1 и массовым числом N+1, то есть происходит цепочка таких реакций (здесь значком «→β→» обозначим β-распад):

n + ^N_ZX → ^N+1_ZX →β→ ^N+1_Z+1Y + e + ύ

Это понятно, почему при распаде нейтрона из атома ^N+1_ZXполучается атом ^N+1_Z+1Y ? Один нейтрон исчез и появился один протон, значит массовое число не изменилось и осталось N+1, а число протонов увеличилось на один и стало равным Z+1.

(Обрати внимание – ты сейчас совершенно спокойно изучаешь термоядерные реакции и легко понимаешь фразы типа «нейтрон может распасться по схеме бета-распада с образованием элемента с массовым числом N +1», которые еще пару дней назад показались бы тебе запредельно заумными. Возникает вопрос: ну зачем люди так пишут книги по физике, что начинает тошнить и интерес умирает, едва успев родиться? Большинство физиков в самом деле плохо понимают физику, это само собой, но ведь есть же среди них талантливые люди, кто в самом деле понимает, так почему не написать так, чтобы и другие поняли? Открой любой учебник атомной физики. Вот набери в интернете «атомная физика» и открой любой учебник. Ну и такое можно читать? Можно получать удовольствие? А может те самые люди, которые все же понимают физику, не получают от нее удовольствия? И относятся к ней как к нудной работе? И это верно. Но все-таки ну должны же быть хотя бы один-два физика, которые и понимают и любят? Наверняка, но их, видимо, мало, и у них тоже есть карьера, работа, семья, дети, внуки, дача, проблемы, лень, наступающая уже после тридцати старость, болезни… Вот в итоге физика и остается неприступным бастионом. А может быть, им это и нравится – чувствовать себя понимающим человеком среди непосвященных плебеев. К сожалению, умер Айзек Азимов – один из тех немногих, который старался писать понятно и кому это удавалось. Он, как и я, был профессиональным дилетантом, а именно такая позиция приносит максимальное наслаждение при изучении чего угодно, делает кругозор беспредельно широким и жизнь, до отказа наполненную интересом, чувством тайны, предвкушением исследования и возможности поделиться своим пониманием с другими.)

В 1934 году они обнаружили, что нейтроны в сотни раз более эффективно захватываются ядрами атомов, если между мишенью и источником нейтронов поместить кусок парафина или если опустить мишень под воду (очень кстати во дворе института в Риме был бассейн с золотыми рыбаками). Ферми быстро придумал простое объяснение этому явлению: быстрые нейтроны, сталкиваясь со значительным количеством нуклонов, замедляются, а медленный нейтрон, в отличие от слишком быстрого, может спокойно подойти к ядру и быть захваченным ядром с помощью сильного взаимодействия.

Это выглядело очень необычным – ядро привыкли считать чем-то невероятно прочным, и, согласно здравому смыслу, чтобы его изменить необходимо повлиять на него чем-то очень энергичным, очень быстрым – например быстрой альфа-частицей или быстрым протоном. И ускорители были изобретены для той же цели – получить как можно более быстрые частицы для как можно более мощного воздействия на атомы. А для нейтрона все оказалось ровным счетом наоборот – чем медленнее он двигался, тем с большей легкостью возникали реакции превращения элементов. Именно это открытие проложило дорогу к созданию ядерного реактора.