Новаторская ядерная наука: открытие ядерного деления

×

Если вы хотите узнать больше о работе МАГАТЭ, подпишитесь на наши еженедельные обновления, содержащие самые важные новости, мультимедийные материалы и многое другое.

20 декабря 2013 г.
Майкл Мэдсен, Отдел общественной информации МАГАТЭ

На выставке, организованной Постоянным представительством Федеративной Республики Германии по случаю 75-летия открытия ядерного деления в Венском международном центре, была представлена ​​копия лабораторного стола д-ра Отто Гана, на котором проводился эксперимент по делению. Лабораторная копия была предоставлена ​​Немецким музеем в Мюнхене. Вена, Австрия, 25 ноября 2013 г. (Фото: Д. Калма/МАГАТЭ)

«Новаторская работа Отто Гана, Лизы Мейтнер и Фрица Штрассмана стала важным шагом в долгом научном путешествии, которое привело к развитию ядерных технологий в том виде, в каком мы их понимаем сегодня». Этими словами Генеральный директор МАГАТЭ Юкия Амано отметил 75-летие открытия ядерного деления, воздав должное ученым, которые сделали выводы о процессе, от которого зависят все ядерные технологии.

Ядерное деление, процесс, при котором атом распадается на более легкие атомы, высвобождая значительное количество энергии, оказало глубокое влияние на наш мир, доставляя энергию, влияя на геополитику и открывая новые горизонты в науке и медицине.

75 лет назад трое ученых, доктор Отто Ган, доктор Лизе Мейтнер и доктор Фриц Штрассман, работающие в Химическом институте кайзера Вильгельма в Берлине, провели эксперимент, основанный на развивавшейся в то время концепции о том, что при расщеплении атома элемента образуется два атома. из более мелких различных элементов.

Их исторический эксперимент по сравнению с примерами сегодняшних прорывных экспериментальных установок кажется не более чем школьной демонстрацией, но в то время он представлял собой передовое исследование.

Эксперимент, изменивший все

В эксперименте использовалось не больше новаторских технологий или оборудования, чем в любой другой физической лаборатории в Европе в то время. Скорее, ключом к успеху был уникальный набор любознательных умов, стремящихся к открытиям.

Эксперимент проводился в трех комнатах; зал облучения; химическая лаборатория; и измерительная комната. В комнате облучения образец урана облучался источником нейтронов (смесь радия и бериллия), который был запаян в латунные трубки и помещен в парафиновый блок, замедлявший нейтроны. Нейтроны в то время были относительно новым открытием, и, поскольку они нейтрально заряжены, они могут взаимодействовать с ядром атома с меньшим вмешательством со стороны его электронов и протонов.Когда нейтроны бомбардировали образец урана, произошло ядерное деление.

Для измерения радиоактивности и чрезвычайно малых количеств образующихся радиоактивных веществ измерительная комната была оборудована самодельными счетчиками Гейгера-Мюллера для определения распада крайне малых количеств образующихся радиоактивных веществ. Нестабильные радиоактивные изотопы, такие как уран, использованный в эксперименте, со временем превращаются в другие элементы в процессе, известном как распад. Поскольку разные элементы распадаются с разной скоростью и испускают разные типы излучения, построение распада образца урана в виде кривой на графике помогло выявить тип присутствующих атомов и было важно для определения того, какие элементы были получены в результате ядерного деления. Счетчики Гейгера-Мюллера, используемые для обнаружения производимого излучения, питались от больших батарей высокого напряжения и передавали импульсы на механические счетчики через усилители и вспомогательные устройства.

Затем образец облученного урана был доставлен в химическую лабораторию, где химическими методами были выделены последующие радиоактивные элементы ядерного деления.

В 1938 году из-за сложившейся политической ситуации в Германии из-за еврейского происхождения Мейтнер жить в Берлине было небезопасно, и она бежала в Швецию. Хан и Страссман продолжали работать над текущим экспериментом в одиночку. Они поделились результатами своего тестирования с Мейтнер. Затем она и ее племянник, физик Отто Фриш, смогли правильно интерпретировать запутанные данные, выдвинув гипотезу и сформулировав, как ядра урана разделились, образовав более легкие элементы, например, барий и криптон, высвобождая нейтроны и большое количество энергии.

Экспериментальная гипотеза троицы была основана на их предположении, что атом распадается так же, как капля воды, что соответствовало теории, которую в то время выдвинул знаменитый физик Нильс Бор.Этот воображаемый процесс шел вразрез с преобладавшим представлением о том, что бомбардировка атома нейтронами откалывает большой атом урана, оставляя его практически нетронутым. После того, как они правильно объяснили научному сообществу, что атом урана на самом деле раскололся на более мелкие части, их модель дала объяснение высвобождению большего количества нейтронов, что является необходимой предпосылкой для создания цепной реакции и имеет важное значение во многих более поздних ядерных приложениях. . Они придумали свой недавно открытый процесс «ядерное деление», поскольку он был сравним с делением, наблюдаемым в биологии клеточного деления.

Открытие позже принесло Отто Гану Нобелевскую премию по химии 1944 года. Возможно, столь же важным, как и любая награда или премия, был решительный отказ Гана, Мейтнер и Штрассмана участвовать в разработке ядерного оружия, которое стало возможным благодаря их открытию. Они также заявили о своем яростном неприятии использования ядерных технологий в военных целях. Многие технологические достижения, от вычислений до полета и динамита, были использованы для создания более смертоносного и более разрушительного оружия, но первооткрыватели ядерного деления были непреклонны в том, что их открытие имеет большой потенциал в мирном применении.

Устав МАГАТЭ поручает Агентству ускорить и увеличить вклад атомной энергии в мир, здоровье и процветание, а заявление Генерального директора Амано на Генеральной Ассамблее Организации Объединенных Наций в ноябре 2013 года напоминает нам о широком спектре преимуществ, которые стало возможным благодаря расщеплению ядер. и его актуальность для обеспечения лучшего будущего:

«МАГАТЭ уделяет приоритетное внимание оказанию помощи развивающимся странам в использовании ядерных технологий в таких областях, как здравоохранение, продовольствие и сельское хозяйство, а также управление водными ресурсами. Предоставляя доступ к ядерным технологиям, МАГАТЭ вносит уникальный и долговременный вклад в достижение Целей развития тысячелетия».

Для более подробного ознакомления с открытием деления и всем, что ему способствовало, посетите веб-сайт Американского института физики.