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最も重要な科学的発見
核分裂反応。 科学的発見の歴史と本質
1938 年、I. Joliot-Curie と P. Savich は、この方法で活性化されたウランが フェルミ、ランタンに似た元素があります。 これらの実験は同じ年に O. Hahn と F. Strassmann によって繰り返され、フランスの同僚の結果を確認し、彼らが気付いた新しい元素が正確にランタンであることを確立しました。 ウィーン大学を卒業し、才能ある理論家で原子物理学の専門家であるリサ・マイトナーは、ハーンとシュトラスマンとともに、ベルリンのカイザー・ヴィルヘルム研究所で働いていました。 しかし、ドイツ起源のユダヤ人である彼女は、コペンハーゲンのニールス・ボーアと、同じくドイツの物理学者であるオットー・フリッシュのもとへデンマークに亡命することを余儀なくされました。 そして、その出来事は本「原子の世界」で詳細に説明されています。核が再び彼女の主なものになりました。 出発の XNUMX 日前に、リーゼ マイトナーはオットー ハーンから放射性バリウムの研究について書いた手紙を受け取りました。 手紙を読んだ後、彼女は思わず拳を握り締めた。 彼女はそれをつぶして捨てたかった。 内部では、すべてが沸騰しました：「ナンセンス！ナンセンス！」 最初の興奮が去ったとき、彼女は次のように考えた。「ハーンがウランがバリウムに変わると主張するなら、おそらくそれは本当にそうなのでしょう。彼は間違いようがありません。おそらくアイリーン・キュリーは正しかったでしょう...」マイトナーは他人の研究を疑うかもしれませんが、結果はガーナです -いいえ。 これは、中性子がウラン原子核に何らかの新しい種類の変換を引き起こすことを意味します。 彼女は鉛筆を手に取り、急いで書き始めました。 彼女がシートに記入した数学記号は、普通の人には理解できないものに見えたでしょう。 ウラン原子の原子核は約 XNUMX つの部分に分かれました。 ガンさんは手紙の中で「分裂」という言葉を使った。 今ではそれはそれほど重要ではなく、事実自体が重要です。 既知の物理法則に基づいてそのような分裂の可能性を理解することは可能でしょうか? 彼女が最初に行った計算では、肯定的な答えが得られました。 マイトナーさんは自信がなかった、もし彼女が間違っていたらどうしよう？」 リサはオットー・フリッシュの計算をチェックするように頼む. 彼はしわくちゃのシートをすくい取り、鉛筆を取り出し、しゃがんですばやく計算を始めました。 -しかし、それは素晴らしく、信じられないほどです。 あなたは本当に正しいです！ フリッシュはシーツをポケットに滑り込ませた。 - 戻ってきます。 すぐにすべてを確認する必要があります。 そのため、彼らの休暇は始まる前に終わってしまいました。 お祭りは非常に楽しいものになると約束されていましたが、今では興味がありませんでした。 彼らは、最も注目すべき理論研究の 1939 つが始まった部屋に閉じ込められました。 彼らには大変な困難が待っていた。 終わりのない計算、複雑で時間のかかる結論、得られた結果の検証、導出された式やパターンとの比較...彼らは、XNUMX日がどのように経過し、XNUMX年がどのように来たかに気づきませんでした。 新年は新しい理論をもたらしました。 マイトナーとフリッシュは、ハーンとシュトラスマンによって得られた結果を理論的に説明した最初の人でした。 彼らの結論が確認され、すべてが正しいことが判明した場合、人類は新しい道をたどり、新しいエネルギー源を持つことになります。 彼らは画期的な発見をしたことを十分に認識していたので、急いで記事を準備しました。 リーゼ・マイトナーとオットー・フリッシュによる「中性子によるウラン分裂：新しいタイプの核反応」と題された論文は、16 年 1939 月 XNUMX 日に出版され、XNUMX か月後にプリロダに掲載されました。 彼らの別の記事、「ウラン核分裂の生成物」、そしてデンマークで行われた実験の結果に関するフリッシュの研究がすぐにここに掲載されました。 実際、この現象は 1938 年後半から 1939 年初頭にかけて、数人の物理学者によってほぼ同時に説明されました。 コペンハーゲン、ニューヨーク、ワシントン、パリの世界中の XNUMX つの研究所で XNUMX か月以内に。 ハーンとシュトラスマン、マイトナーとフリッシュはすでに言及されています。 コロンビア大学のダンジョンでは、ジョン・ダニングとXNUMX人の助手もウラン核の核分裂を行っています。 彼らのほかに、パリのコレージュ・ド・フランスの研究室で、イレーヌとフレデリック・ジョリオ＝キュリー夫妻が、共同研究者のパヴル・サヴィッチ、ハンス・ハルバン、レフ・コヴァルスキーとともに同じ発見をしました。 この説明によると、中性子が衝突したウラン原子は新しいタイプの核分裂を経験し、中性子が当たった原子はほぼ等しい XNUMX つの部分に分裂します。 この現象はすぐに分裂という名前が付けられました。 Joliot-Curie は、この新しいタイプの原子崩壊の重要性をすぐに認識しました。 軽元素の核では、陽子と中性子の数はほぼ同じであり、原子番号が増加すると、中性子の相対数が増加します。 ウランの核内で陽子の数に対する中性子の数の比率が1,59である場合、周期系の中央の要素では、それは1,2と1,4の間で変動します。 これは、ウラン原子が XNUMX つの部分に崩壊した場合、核分裂片自体の安定性を達成するためには、核分裂片中の中性子の総数が元の原子核に含まれる中性子の数よりも少なくならなければならないことを意味します。 ウラン原子の核分裂は中性子を放出し、それが他の原子の核分裂を引き起こす可能性があります。 したがって、爆発における化学連鎖反応と同様の連鎖反応が起こる可能性があります。 同じ 1939 年に F. ペリンは、連鎖反応を開始するのに必要な「臨界質量」の最初の計算を行い、公開しました。 確かに、それは予備的な評価に過ぎませんでした。 今日、通常のウランでは連鎖反応を開始できないことが知られています。 ウラン 235 原子の核分裂によって生成された中性子は、ウラン 238 原子によるいわゆる「共鳴捕獲」によって吸収され、ウラン 239 を形成します。 後者は、235 つの連続した崩壊の結果として、ネプツニウムとプルトニウムに移行します。 ウラン XNUMX やプルトニウムなどの核分裂性物質についてのみ、クリティカル マスがあります。 さらに、ウラン原子の核分裂中の質量損失の計算により、核分裂プロセスには 165 MeV という莫大なエネルギーの放出が伴うに違いないことを予測することが可能になりました。 Joliot-Curie のアイデアはすぐに実験的に確認されました。 ウランの原子核が低速中性子を捕獲し、その後核分裂することが証明されています。 ニールスボーア 理論的な考察の後、彼は核分裂を起こすのは質量 238 の通常のウランではなく、質量 235 の同位体であるという結論に達しました。 ニーアはボーアの予測を実験的に確認し、別の容易に核分裂しやすい原子がプルトニウムの原子であることも発見しました。 原子力を軍事目的に使用するというアイデアは、ファシズムから米国に逃れた外国の科学者グループによって提唱されました。そのうち、L. シラード、E. ウィグナー、E. テラー、W. R. ワイスコフ、E. フェルミの名前が挙がっています。レポートで。 このグループは、米国のルーズベルト大統領の関心を引くことができました。 これらの科学者が使用した アインシュタイン大統領に手紙を書いた人。 その結果、ルーズベルトはこれらの研究に州の支援を提供することを決定し、それらはすぐに分類されました。 「原子力エネルギーを大量生産する努力には、235 つの異なる目標がありました。工業用のエネルギーを制御しながらゆっくりと放出することと、超高性能爆薬を作ることです。0,7 番目の目標は、世界の悲劇的な時代に完全に差し迫ったものでした」と Gliozzi は書いています。しかし、すぐに科学者たちは、第 235 の目標を達成するための最速の方法は第 XNUMX の目標を達成することであることに気付きました.すでに述べたように、プルトニウムとウラン XNUMX の原子は、天然のウランにわずか XNUMX% しか含まれていません。原子爆弾は大量のウラン XNUMX を必要とし、これは分離が非常に困難でした.低速発電では事前の分離が不要であり、大量のウランのみが必要であり、副産物としてプルトニウムが生成されます.したがって、 「原子杭」と名付けられたのは、おそらくその設計が単純であるためです. この名前は、より適切な名前「核トール」。 原爆の本来の目的は、エネルギーを得ることではなく、原子爆弾を作るのに必要な量のプルトニウムを生産することでした。 重要な問題は、共鳴によってウラン 238 によって捕捉される中性子の数を減らすことでした。 それらは連鎖反応から脱落しますが、濃縮剤として、つまりウラン239の製造に役立ちますが、それはその後ネプツニウムとプルトニウムに変わります。 したがって、ウラン235の核分裂を引き起こすために、ウランの塊から高速中性子をできるだけ早く取り除き、それらの運動エネルギーを取り除き、再び熱中性子の形でウランに向ける必要がありました。 減速材のこの機能は、中性子がそれらのエネルギーのかなりの部分を失う衝突でそれらの軽元素の原子によって実行される可能性がありますが、同時にこれらの原子に変化を引き起こすことはありません。 これまでのところ、これらの目的に適した物質は XNUMX つしか見つかっていません。重水素 (重水の形) と炭素です。 重水は非常に高価なので、グラファイトの形のカーボンに落ち着きました。 フェルミがアンダーソン、ジン、L. ウッズ、G. ウェイルと協力して設計、製造した、ウランとグラファイトの交互層の最初の原子ボイラー、または原子炉は、2 年 1942 月 0,5 日にテニスコートで運転を開始しました。シカゴ大学。 その電力は200ワットでした。 XNUMX 日後には XNUMX ワットまで上げられました。 これは原子力発電の最初の設置であり、現在では近代産業の最も発達した分野の XNUMX つとなっています。」 シカゴ大学のテニスコートの外壁には記念の銘板があります。 ボードの碑文には次のように書かれています。 「ここ 2 年 1942 月 XNUMX 日、人類が初めて連鎖反応を起こし、これが放出された核エネルギーの習得の始まりとなった。」 最初のパイロットプラントにより、プルトニウム製造プロセスの正確な実験的研究が可能になりました。 この方法は、原子爆弾を作るのに十分な量のプルトニウムを製造する現実的な可能性を与えるという結論に至りました。 1943年末、原爆計画は実施段階に入った。 最初の爆発実験は、17 年 30 月 16 日午後 1945 時 200 分、アルバカーキから約 XNUMX キロ離れたニューメキシコ州の荒野にあるアラモゴード空軍基地で成功裏に実施されました。 著者: サミン D.K.
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