Нурбей Гулиа - Удивительная физика
1 – отражатель; 2 – регулирующие стержни; 3 – турбина; 4 – генератор; 5 – конденсатор; 6 – парогенератор
Уменьшение скорости нейтронов, которое происходит при столкновении их с ядрами замедлителя, выгодно потому, что вероятность захвата медленных нейтронов ураном с сотни раз больше, чем быстрых. Лучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода. Обычная же вода сама в значительном количестве захватывает нейтроны и превращается в тяжелую воду. Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов.
Возможны реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах, что очень существенно при использовании реакторов в качестве источников энергии на судах или подводных лодках. Однако в реакторах на быстрых нейтронах не может быть использован в качестве горючего естественный уран, обогащенный изотопом 235. Реакторы же на медленных нейтронах могут работать и на естественном уране.
Управление реактором осуществляется вдвиганием и выдвиганием стержней. Вдвигая стержни реактора полностью, можно вообще приостановить цепную реакцию. Но это теоретически.
Опыт эксплуатации атомных реакторов показал, что вопрос использования атомной энергии неоднозначен. Безусловно, атомная энергия оказывается дешевле и, при отсутствии аварий, экологичнее, например, энергии, полученной на угольных электростанциях. Но цепная реакция относится к числу тех редчайших процессов, которые никогда не реализовывались в природе, по крайней мере, на Земле. Поэтому к последствиям таких процессов живая природа пока не приспособилась, и в том их опасность.
Авария в Чернобыле 26 апреля 1986 г., вызвавшая много споров о ее причинах, привела к гибели большого количества людей и радиоактивному заражению обширных территорий. Последствия этой катастрофы будут сказываться еще десятки и сотни лет, так как некоторые из радионуклидов, разбросанных по территории (например, стронций, плутоний), имеют большие периоды полураспада. Поэтому перспективы ядерной энергетики, по-видимому, должны быть пересмотрены по сравнению с весьма оптимистическими, существовавшими до 1986 г.
Вот вам и ответ на вопрос: «Почем килограмм энергии?»
«Грозовая материя» – электричество
Янтарь против стекла?
С древних пор существовало одно непонятное заблуждение – люди отождествляли янтарь и магнит. Казалось бы, что общего между куском окаменевшей смолы доисторических деревьев, горючей и прозрачной, материалом для украшений, и совершенно не похожим на него магнитом?
Причиной этого служила их общая способность притягивать предметы. Свойство янтаря притягивать мелкие и легкие предметы впервые было описано знаменитым греческим философом Фалесом из города Милета. Дочь философа заметила, что к ее янтарному веретенцу так и липнут всякие мелкие ниточки и легкие частички мусора. Причем, если их, счищая, отбрасывать, то они снова стремительно летят к янтарю.
Вероятно, каждый из нас тоже наблюдал, как морозной зимой в хорошо отапливаемой квартире, когда воздух особенно сух, волоски, нитки и другой легкий мусор просто невозможно очистить от одежды. Но стоит выйти на улицу – и прилипшие частички тут же отпадают сами. Сейчас все знают, что это притяжение вызвано статическим электричеством, тем самым, которое накапливается и в янтаре, натертом шерстью. Поэтому принято считать, что первые наблюдения электрических явлений стали достоянием человечества с появлением трудов Фалеса Милетского.
Но и до работ Фалеса многим народам было известно свойство натертого янтаря притягивать к себе предметы. Это следует хотя бы из названия янтаря: ведь «электрон» – «янтарь» по-гречески – означает «притягивающий к себе, увлекающий»; «кавуба» – то же по-персидски и т. д. Справедливости ради заметим, что греческое «электрон» означает также «блестящий металл», например, золото, которое, конечно же, и притягивает к себе, и увлекает… Сейчас выпускают даже сплав с названием «электрон» на основе металла магния, и не надо его путать ни с янтарем, ни с электроном-частицей. Из греческого названия янтаря и происходит слово «электричество». Английский ученый Вильям Гильберт (1544—1603), отец магнетизма, как его называли, был тем человеком, который впервые установил электрическую природу притяжения янтарем. Он же ввел в науку и само слово «электрика».
В. Гильберт всеми силами боролся с теми, кто считал янтарь и магнит близкими друг к другу; он решительно утверждал, что притяжение магнита и натертого янтаря – совершенно разные явления. Ученый ставил множество опытов, натирая самые различные материалы и испытывая их свойство притягивать.
Прежде всего было установлено, что одни вещества обладают этим свойством, другие нет. Первые из них Гильберт назвал электриками. К ним он отнес: янтарь, гагат (плотный и блестящий каменный уголь), алмаз, сапфир, карбункул, разновидности кварца, аметист, опал, берилл, камедь, стекло, серу, сургуч и несколько других веществ, действие которых слабее. А ко вторым, названия которым он не дал, причислил: жемчуг, агат, яшму, халцедон, коралл и, главное, все металлы.
При этом было обнаружено, что натертые электрики притягивают все без исключения предметы, как твердые, так и жидкие, – металлы, дерево, камни, землю, воду и растительное масло, а не только сухую мякину и соломинки (как это считалось раньше). А ведь считалось, что янтарь, например, совершенно не притягивает листьев растения базилика, и это Гильберт сурово осудил как «лживые и постыдные россказни».
Кроме того, совершенно не вязалось с магнетизмом, что янтарь не только притягивает предметы, но в некоторых случаях и отталкивает их по непонятным причинам.
Особенно ценно то, что Гильберт отнес к электрикам и стекло. Этот практичный и дешевый материал был в дальнейшем широко использован для постройки электростатических машин, которые сейчас имеются в каждой школе.
Автор часто проделывал в детстве увлекательнейший опыт по электризации стекла, который вычитал из старого, дореволюционного учебника по физике Ф. Цингера 1905 г. издания. На книги толщиной 3 – 4 см кладут стекло, а под него на стол насыпают мелкие кусочки бумаги. Иной раз эти кусочки вырезают в форме прыгунов, балерин, зверей. Стекло энергично растирают сухим кулаком или куском замши, и, если воздух в комнате достаточно сух, через пару минут бумажки-прыгуны под стеклом начинают подлетать вверх, прилипать к стеклу, падать, снова подскакивать и так до тех пор, пока натирают стекло (рис. 300). Тот, кто проведет этот опыт самостоятельно, получит большое удовольствие!
Рис. 300. Электрический «театр» бумажных прыгунов
Но тут выяснилось, что «противоречия» имеются не только между янтарем и магнитом, но и между электриками тоже.
Французский ботаник Шарль Дюфе, как и древние ученые, заметил, что некоторые предметы притягивались к натертому янтарю, но одновременно отталкивались от натертой, т. е. наэлектризованной, стеклянной палочки. Самое удивительное было то, что одни и те же тела могли отталкиваться от янтаря и притягиваться к стеклу! Не в состоянии никак объяснить это явление, Дюфе предположил, что существуют два вида электричества. Один из них, возникающий при натирании янтаря (застывшей смолы) Дюфе назвал «смоляным», а другой, связанный с натиранием стекла, – «стеклянным». Ученые повторили опыты Дюфе и вынуждены были согласиться с ним, хотя и не поняли, как это одни и те же явления вызываются разными видами электричества.
И вот знаменитый американский физик (он же известный политический деятель США – его портрет вы можете видеть на 100-долларовой банкноте) Бенджамин Франклин (1706—1790) ставит свой опыт, позволивший решить этот запутанный вопрос. Опыт состоял в следующем.
Два человека, находящиеся друг напротив друга, изолировались от пола не проводящими ток восковыми пластинками. Затем один из них получал заряд электричества, натирая стеклянную трубку, а потом эту трубку брал другой человек и снимал с нее заряд на себя. При этом оказывалось, что оба участника опыта наэлектризовались разными видами электричества, хотя стекло могло производить лишь один его вид. При прикосновении друг к другу участников между ними пробегала искра, и заряд исчезал совсем.
Франклин объяснил это явление так. Тело, содержащее «стеклянное» электричество, заряжено избытком некоторой материи (или, по определению Б. Франклина, флюида), а телу, содержащему «смоляное» электричество, этого флюида не хватает. Человек, натирая стеклянную трубку, отдавал свой флюид, а снимавший заряд – получал его. Поэтому при соприкосновении тел флюид перетекает в виде искры от одного тела к другому, выравнивая количество флюида в них.
Объяснение это было в принципе верным, только «флюид» сейчас называют электронами, избыток которых, кстати, оказался в «смоляном» электричестве, а недостаток – в «стеклянном». Перетекания электрического заряда с одного тела на другое – это переход электронов от одного тела к другому. Когда их переходит мало – это маленькая искорка, когда много – грозная молния. Недаром электричество в старину называли грозовой материей.
