Зміст:
1) Феномен атома
Модель атома Резерфорда.
Створення моделі атома: квантова теорія і спектроскопія.
Атомна енергетика
Радіоактивність: її відкриття та природа.
Отримання ядерної енергії.
Ядерні реактори: класифікація.
Ядерний енергія - основа енергетики майбутнього
3. Атомна зброя
3.1. Сучасні атомні бомби і снаряди
2) Сучасні термоядерні бомби і снаряди
3) «Чиста» воднева бомба
4. Атом і екологія.

1. Феномен атома.
Наскільки сьогодні відомо, думка про те, що матерія може складатися зокремих часток, вперше була висловлена Левкіпп з Мілету у 5 ст. до н.е.
Цю ідею розвинув його учень Демокрит, який і ввів слово атом (відгрецького атомос, що значить неподільний). На початку 19 століття Джон Дальтон
(1766 - 1844) відродив це слово, підвівши наукову основу під умоглядніідеї древніх греків. Згідно з Дальтон, атом - це крихітна неподільначастка матерії, яка бере участь в хімічних реакціях.

Прості уявлення про атом, що належать Дальтон, булирозхитані в 1897 р., коли Дж. Дж. Томсон (1856 - 1940) встановив, щоатому можуть випускати ще менші негативно заряджені частинки (пізнішеназвані електронами). Стало очевидним, що атом має внутрішнюструктурою. Це відкриття вказувало, що атом, мабуть, повинен міститиі позитивні заряди. Томсон припустив, що електрони розсіяні впозитивно зарядженому атомі, подібно до «родзинок в булці». Ця модель недозволяла пояснити деякі властивості атомів, однак більш досконалумодель вдалося створити лише після відкриття радіоактивного випромінювання.
Явище радіоактивності було відкрито Беккерелем, який виявив, щоатому урану самовільно випускають випромінювання. Відомі 3 форми цьоговипромінювання: бета частинки (негативно заряджені електрони), альфа частинки
(позитивно заряджені ядра гелію, що складаються з двох протонів і двохнейтронів) і гамма-випромінювання (короткохвильове електромагнітне випромінювання,що не несе заряду).

1.1. Модель атома Резерфорда.

У 1911 р. Ернест Резерфорд (1871 - 1937) запропонував абсолютно новумодель атома, засновану на результатах його власних експериментів іекспериментів Ханса Гейгера (1882 - 1945), в яких вимірювався розсіюванняальфа частинок при проходженні через золоту фольгу. Згідно з моделлю
Резерфорда, позитивний заряд і основна маса атома зосереджені вцентральному ядрі, навколо якого рухаються електрони. Сьогодні ми знаємо, щоатом являє собою майже порожній простір з крихітним ядром,розміри якого в десятки тисяч разів менше розмірів атома в цілому. Саміатоми теж гранично малі: 10 млн. атомів, збудовані в ряд, складутьвсього 1 мм.

Пізніше Резерфорд встановив, що позитивний заряд ядра несуть частинкив 1836 разів більш важкі, ніж електрон. Він назвав їх протонами. Зарядпротона дорівнює за величиною, але протилежний за знаком заряду електрона.
Найпростіший атом - атом водню - складається з одного протона (ядра) і одногоелектрона, що рухається навколо нього.

Більш важкі ядра містять більше число протонів (це числоназивають атомним номером), причому воно завжди дорівнює числу тих, що оточують ядроелектронів. Пізніше було встановлено, що всі ядра атомів, за виняткомядра водню, містять також частки і іншого типу - незаряджені частки
(названі тому нейтронами) з масою, майже рівною масі протона.

1.2. Створення моделі атома: квантова теорія і спектроскопія.
Датський фізик Нільс Бор (1885 - 1962), який зробив наступний важливий крок нашляху створення моделі атома, спирався при цьому на дві інші областідосліджень. Перша з них - квантова теорія, другий - спектроскопія.
Вперше ідея квантування була висловлена Максом Планком (1858 - 1947) у 1900р. для пояснення механізму випромінювання тепла (і світла) нагрітим тілом. Планкпоказав, що енергія може випромінюватися і поглинатися тільки певнимипорціями, або квантами.
Основи спектроскопії були закладені ще Ісаком Ньютоном (1642 - 1727): вінпропустив промінь сонячного світла через скляну призму, розклавши його насукупність кольорів видимого спектру. У 1814 р. Йозеф Фраунгофер (1787 -
1826) відкрив, що спектр сонячного світла містить кілька темних ліній,відповідних, як було встановлено пізніше, ліній в спектрі випусканняводню, в якому відбувся електричний розряд.
Бор довів, що рухається електрон в атомі водню може існуватитільки на фіксованих орбітах, а спектральні лінії воднювідповідають поглинанню (темні лінії) або випромінювання (світлі лінії)кванта енергії; ці процеси відбуваються, коли електрон «перестрибує» зодній фіксованій орбіти на іншу. Модель Бора, пізнішевдосконалена Арнольдом Зоммерфельд (1868 - 1951), дозволиладобитися успіхів у поясненні спектру водню.
Відповідно до сучасної квантової теорії, фіксовані орбіти Бора не слідпредставляти занадто буквально - насправді електрон в атомі здеякою ймовірністю може бути виявлений у будь-якому місці, а не тількипоблизу орбіти. Це - наслідок квантової механіки, яка була в основномусформульована Вернером Гейзенбергом (1901 - 1976) і Ервін Шредінгер
(1887 - 1961). В її основі лежить так званий принцип невизначеності
Гейзенберга. У результаті орбіти Бора виявилися не точними траєкторіямиелектрона, а місцями його найбільш ймовірного виявлення в атомі. Згідноідеї корпускулярно-хвильового дуалізму, уперше висловленої Луї де Бройля,субатомні частинки можна описувати так само, як і світло, у тому сенсі, що водних випадках для цього доцільно користуватися поняттям «частка», а вінших - «хвиля». Так, «пучок» електронів веде себе як сукупністьчастинок в катодних променях, але як сукупність хвиль в електронному мікроскопі.
Однак, з точки зору хімії, уявлення про атом, як про найменшихчасточки матерії, яка бере участь в хімічних реакціях, як і ранішезалишається найбільш зручним.

Атомна енергетика.
Ядерна енергія відіграє виняткову роль у сучасному світі: ядернезброя робить вплив на політику, воно нависло загрозою над усім мешканцямна Землі. А поки людство прагне вгамувати свої безперервно зростаючіпотреби в енергії шляхом безмежного розвитку ядерної енергетики,радіоактивні відходи забруднюють нашу планету. Насправді життя на
Землі завжди залежала від ядерної енергії: ядерний синтез живить енергією
Сонце, радіоактивні процеси в надрах Землі нагрівають її рідке ядровпливають на рухливість материкових плит. Ядерна енергія виділяється, по -перше, при радіоактивному розпаді і поділ атомного ядра, а по-друге, зпроцесі синтезу - злиття легких ядер у більш важкі.

Радіоактивність - її відкриття та природа.
Радіоактивність була відкрита Антуаном Беккерелем (1852 - 1908). Післяотримання радію стало ясно, що радіоактивний процес супроводжуєтьсявиділенням величезної кількості енергії. Розпад радію відбувається вкілька стадій, при цьому виділяється в 2 * 105 разів більше енергії, ніж призгорянні такої ж маси вугілля. Ядро атома має діаметр близько 10-12сантиметрів і складається з протонів (позитивно заряджених частинок) інейтронів (нейтральних частинок з масою, майже рівною масі протона). Тількиядро водню складається лише з одного-єдиного протона (і не міститьнейтронів). Більшість елементів являє собою суміш ізотопів, ядраяких розрізняються числом нейтронів.

Отримання ядерної енергії.
Отримання ядерної енергії у великих кількостях вперше було досягнуто вланцюгової реакції поділу ядер урану. Коли ізотоп уран-235 поглинає нейтрон,ядро урану розпадається на дві частини і при цьому вилітають два - три нейтрона.
Якщо з числа нейтронів, що утворюються після кожного акту розподілу, внаступному бере участь в середньому більше одного нейтрона, то процесекспоненціально наростає, приводячи до некерованої ланцюгової реакції.
Для перетворення ядерної енергії в електричну цей процес необхідноуповільнити і зробити керованим, тоді його можна використовувати для отриманнятепла, яке потім перетворюється в електрику. Ядерний реактор - цесвого роду «піч». Імовірність поділу ядра урану-235 велика, якщоостанній рухається порівняно повільно (зі швидкістю близько 2 км/c). Дляуповільнення нейтронів в ядерний реактор поміщають спеціальні матеріали,звані уповільнювачами.

Ядерні реактори: класифікація.
Ядерні реактори можна класифікувати за типом застосовуваних у нихуповільнювачів: реактори на графіті, на воді і на важкій воді. Важкоюназивається вода, в якій звичайний водень замінений його важким ізотопом --дейтерієм. Важка вода поглинає значно більше електронів, ніжзвичайна.
Для підтримки ланцюгової реакції необхідна певна кількістьділиться речовини. Якщо в реакторі втрачається в результаті поглинання абовипускання більше нейтронів, чим виникає, то реакція не будесамопідтримуваної. Якщо ж, навпаки, нейтронів виникає більше, ніжвтрачається, то реакція стає самопідтримуваної і наростаючої.
Мінімальна кількість речовини, що забезпечує самопідтримуваноїпротікання реакції, називається критичною масою. Для нормальної роботиядерного реактора потік нейтронів повинен підтримуватися постійним нанеобхідному рівні. Режим роботи реактора регулюють, вдвігая і висуваючистрижні з поглинаючого матеріалу.

2.4. Ядерний енергія - основа енергетики майбутнього.
Перша половина 20 століття завершилася найбільшою перемогою науки - технічнимрішенням задачі використання величезних запасів енергії важких атомнихядер - урану і торію. Цього виду палива, що спалюється в атомних котлах, нетак вже й багато в земній корі. Якщо всю енергетику земної кулі перевести нанього, то при сучасних темпах зростання споживання енергії урану і торіювистачить лише на 100 - 200 років. За цей же термін вичерпаються запаси вугілля інафти.

Друга половина 20 століття буде століттям термоядерної енергії. Утермоядерних реакціях відбувається виділення енергії в процесі перетворенняводню в гелій. Швидко що протікають термоядерні реакції здійснюються,як говорилося вище, у водневих бомбах. Зараз перед наукою стоїть завданняздійснення термоядерної реакції не у вигляді вибуху, а у формікерованого, спокійно протікає процесу. Рішення цього завдання дастьможливість використовувати величезні запаси водню на Землі якядерного палива.

В термоядерних реакторах, безумовно, буде використовуватися незвичайний, а важкий водень. У результаті використання водню з атомнимвагою, відмінним від найбільш часто зустрічається в природі, чи вдастьсяотримати ситуацію, при якій літр звичайної води по енергії виявитьсярівноцінний приблизно 400 літрів нафти. Елементарні розрахунки показують, щодейтерію (різновид водню, який буде використовуватися в подібнихреакціях) вистачить на землі на сотні років при самому бурхливому розвиткуенергетики, в результаті чого проблема турботи про паливо відпаде практичноназавжди.

Атомне зброю.
Атомна зброя - наймогутніша зброя на сьогоднішній день, що знаходиться наозброєнні п'яти країн-сверхдежав: Росії, США, Великобританії, Франції та
Китаю. Існує також ряд держав, які ведуть більш-менш успішнірозробки атомної зброї, проте їх дослідження або не закінчені, абоці країни не мають необхідні засоби доставки зброї до мети, щоробить його безглуздим. Індія, Пакистан, Північна Корея, Ірак, Іран маютьрозробки ядерної зброї на різних рівнях, ФРН, Ізраїль, ПАР і Японіятеоретично мають необхідні потужності для створення ядерної зброїв порівняно короткі терміни.
Важко переоцінити роль ядерної зброї. З одного боку, це потужнезасіб залякування, з іншого - найбільш ефективний інструмент зміцненнямиру і запобігання військового конфліктами між державами, яківолодіють цією зброєю. З моменту першого застосування атомної бомби в
Хіросімі пройшло 52 роки. Світова спільнота близько підійшло до усвідомленнятого, що ядерна війна неминуче призведе до глобальної екологічноїкатастрофу, що зробить подальше існування людстванеможливим. Протягом багатьох років створювалися правові механізми,покликані розрядити напруженість і послабити протистояння між ядернимидержавами. Так наприклад, було підписано багато договорів про скороченняядерного потенціалу держав, була підписана Конвенція про нерозповсюдження
Ядерного Зброї, з якої країни-власника зобов'язалися не передаватитехнології виробництва цієї зброї іншим країнам, а країни, що не маютьядерної зброї, зобов'язалися не робити кроків для його розробки;нарешті, зовсім недавно наддержави домовилися про повну заборонуядерних випробувань. Очевидно, що ядерна зброя є найважливішимінструментом, який став регулюючим символом цілої епохи в історіїміжнародних відносин і в історії людства.

3.1. Сучасні атомні бомби та снаряди.
В залежності від потужності атомного заряду атомні бомби, снаряди ділять накалібри: малий, середній і великий. Щоб отримати енергію, що дорівнює енергіївибуху атомної бомби малого калібру, потрібно підірвати кілька тисяч тоннтротилу. Тротиловий еквівалент атомної бомби середнього калібру становитьдесятки тисяч, а бомби великого калібру - сотні тисяч тонн тротилу. Щебільшою потужністю може мати термоядерний (водневе) зброя, йоготротиловий еквівалент може сягати мільйонів і навіть десятків мільйонівтонн.

Атомні бомби, тротиловий еквівалент яких дорівнює 1 - 50 тис. т,відносять до класу тактичних атомних бомб і призначають для вирішенняоперативно-тактичних завдань. До тактичного зброї відносять такожартилерійські снаряди з атомним зарядом потужність 10 - 15 тис. т. і атомнізаряди (потужністю близько 5 - 20 тис. т) для зенітних керованих снарядів існарядів, що використовуються для озброєння винищувачів. Атомні і водневібомби потужністю понад 50 тис. т відносять до класу стратегічної зброї.

Потрібно відзначити, що подібна класифікація атомної зброї єлише умовною, оскільки насправді наслідок застосуваннятактичного атомної зброї можуть бути не меншими, ніж ті, яківипробувала на собі населення Хіросіми і Нагасакі, а навіть більшими.

Зараз очевидно, що вибух тільки однієї водневої бомби здатнийвикликати такі важкі наслідки на величезних територіях, яких не несли зсобою десятки тисяч снарядів і бомб, що застосовувалися в минулих світовихвійнах. А декількох водневих бомб цілком достатньо, щоб перетворити назону пустелі величезні території.

Ядерна зброя поділяється на 2 основних типи: атомне іводневе (термоядерний). У атомну зброю виділення енергії відбувається зарахунок реакції поділу ядер атомів важких елементів урану або плутонію. Уводневому зброю енергія виділяється в результаті утворення (або синтезу)ядер атомів гелію з атомів водню. Види термоядерної зброї будутьрозглянуті нижче.

3.2. Сучасне термоядерна зброя.
Сучасне термоядерна зброя відноситься до стратегічного зброї, якуможе застосовуватися авіацією для руйнування в тилу противника найважливішихпромислових, військових об'єктів, великих міст як цивілізаційнихцентрів. Найбільш відомим типом термоядерної зброї єтермоядерні (водневі) бомби, які можуть доставлятися до метилітаками. Термоядерного заряду можуть начиняти також бойові частиниракет різного призначення, у тому числі міжконтинентальних балістичнихракет. Вперше подібна ракета була випробувана в СРСР ще в 1957 році, вданий час на озброєння Ракетних військ стратегічного призначенняскладаються ракети декількох типів, які базуються на мобільних пусковихустановках, в шахтних пускових установках, на підводних човнах.

В основі дії термоядерної зброї лежить використаннятермоядерної реакції з воднем або його сполуками. У цих реакціях,протікають при надвисоких температурах і тиску, енергія виділяється зарахунок утворення ядер гелію з ядер водню, або з ядер водню і літію.
Для утворення гелію використовується, в основному, важкий водень - дейтерій,ядра якого мають незвичайну структуру - один протон і один нейтрон. Принагріванні дейтерію до температур в декілька десятків мільйонів градусівйого атому втрачають свої електронні оболонки при перших же зіткненнях зіншими атомами. У результаті цього середу виявляється що складається лише зпротонів і рухаються незалежно від них електронів. Скорость тепловогоруху частинок досягає таких величин, що ядра дейтерію можуть зближуватисяі завдяки дії потужних ядерних сил з'єднуватися один з одним, утворюючиядра гелію. Результатом цього процесу і стає виділення енергії.

Принципова схема водневої бомби така. Дейтерій і тритій врідкому стані містяться в резервуар з теплонепроніцаемой оболонкою,яка служить для тривалого збереження дейтерію і тритію в сильноохолодженому стані (для підтримки з рідинного агрегатногостану). Теплонепроніцаемая оболонка може містити 3 шари, що складаютьсяз твердого сплаву, твердої вуглекислоти та рідкого азоту. Поблизу резервуараз ізотопами водню міститься атомний заряд. При підриві атомного зарядуізотопи водню нагріваються до високих температур, створюються умови дляпротікання термоядерної реакції і вибуху водневої бомби. Однак, впроцесі створення водневих бомб було встановлено, що непрактичновикористовувати ізотопи водню, тому що в такому випадку бомба набуваєзанадто велику вагу (більше 60 т.), через що не можна було і думати провикористанні таких зарядів на стратегічних бомбардувальниках, а вже тимбільше в балістичних ракетах будь-якій дальності. Другою проблемою, з якоюзіткнулися розробники водневої бомби була радіоактивність тритію,яка робила неможливим його тривале зберігання.

У ході дослідження 2 вищезгадані проблеми були вирішені. Рідкіізотопи водню були замінені твердим хімічною сполукою дейтерію злітієм-6. Це дозволило значно зменшити розміри і вагу водневоїбомби. Крім того, гідрид літію був використаний замість тритію, щодозволило розміщувати термоядерні заряди на винищувачах бомбардувальниках ібалістичні ракети.

Створення водневої бомби не стала кінцем розвитку термоядерногозброї, з'являлися все нові й нові його зразки, була створена воднево -уранова бомба, а також деякі її різновиди - надпотужні і,навпаки, малокаліберні бомби. Останнім етапом вдосконаленнятермоядерної зброї стало створення так званої «чистої» водневоїбомби, яка буде описана нижче.

3.3. Чистий воднева бомба.

Перші розробки цієї модифікації термоядерної бомби з'явилися ще в
1957 році, на хвилі пропагандистських заяв США про створення якогось
«Гуманного» термоядерної зброї, яка не несе стільки шкоди длямайбутніх поколінь, скільки звичайна термоядерна бомба. У претензії на
«Гуманність» була частка істини. Хоча руйнівна сила бомби не буламеншою, в той же час вона могла бути підірвана так, щоб непоширювався стронцій-90, який при звичайному водневому вибуху впротягом тривалого часу отруює земну атмосферу. Все, що знаходитьсяв радіусі дії подібної бомби, буде знищено, однак небезпека дляживих організмів, які віддалені від вибуху, а також для майбутніх поколінь,зменшиться.

Однак ці твердження були спростовані науковцями, якінагадали, що при вибухах атомних або водневих бомб утворюється великакількість радіоактивного пилу, який піднімається потужним потоком повітряна висоту до 30 км, а потім поступово осідає на землю на великій площі,заражаючи її. Дослідження, проведені вченими, показують, що знадобитьсявід 4 до 7 років, щоб половина цієї пилу випала на землю.

4. Атом і екологія.
Довгий час існувала загроза нанесення великої шкоди екології нашоїпланети за рахунок викиду радіоактивних речовин при ядерних випробуваннях
(головним чином при атмосферних) випробуваннях. Необхідно враховувати, щокількість речовин, що утворюються при вибуху, залежить від калібру бомби.
Встановлено, що радіоактивне зараження в основному визначається
«Осколками» ділення ядер речовини, що становить заряд бомб - урану абоплутонію. У сучасних водневих бомб, що працюють за схемою: розщеплення --ядерне з'єднання - розщеплення, утворюється величезна кількість т.зв.
«Осколків» поділу. Частина з них виникає при вибуху атомного детонатора ібільша частина - при розщепленні уранової оболонки. У результаті деякийкількість радіоактивних речовин утворюється в землі, воді та оточуючихпредметах.
Кількість радіоактивних речовин, що випадають на землю, залежить і від видувибуху - повітряний, наземний, підводний, підземний (у двох останніхвипадках забруднення землі мінімально). Само собою зрозуміло, що ні проякому вплив на випадання радіоактивних елементів на землю при космічнихвибухах говорити не доводиться. Найбільша кількість радіоактивних речовинвипадає при наземному вибуху, особливо в районі вибуху. Метеоумови граютьтакож важливу роль: Китай свого часу проводив наземні та атмосферніядерні випробування в безпосередній близькості від кордону з СРСР (Киргизією)в ті моменти, коли вітер мав напрямок у бік СРСР. Таким чином,хмари радіоактивного пилу ставилися вітром вглиб нашої території, івипадала з них пил розсіювалися вже на ній.
З усіх радіоактивних речовин, які випадали на землю, найбільш небезпечнимбув стронцій-90, період напіврозпаду якого дорівнює 25 рокам. Потрапляючивсередину організму людини або тварини у вигляді пилу, стронцій, подібнокальцію, відкладається в кісткових тканинах, що в наслідок призводить допояви пухлин різних типів і тяжкості.
У зв'язку з цим важко переоцінити роль договору про заборону ядернихвипробувань у трьох сферах (на землі, під водою і в космосі), підписаногодержававамі-власниками ядерної зброї. Зовсім недавно, після того як
Франція закінчила свої випробування на атолі Морророа в Тихому океані, всі 5понад держав, що володіють ядерною зброєю, заявили про повне припиненняядерних випробувань. Це було досягнуто значною мірою завдякиусвідомлення тієї страшної загрози, яку несе в собі продовження випробуваньядерної зброї, а також завдяки створенню технологій комп'ютерногомоделювання ядерних вибухів.