Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (АТ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 16 страниц)
«Атомная энергия»
«А'томная эне'ргия», советский ежемесячный научно-технический журнал, орган Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР и АН СССР. Издаётся в Москве с 1956. Тематика журнала: ядерная энергетика, сырьё и материалы для атомной промышленности, применение изотопов и ионизующих излучений в народном хозяйстве, радиационная безопасность, ядерное приборостроение, проблема управляемых термоядерных реакций и физика плазмы, непосредственное преобразование ядерной энергии в электрическую, ускорение заряженных частиц, нейтронная физика и физика деления атомных ядер. Тираж (1970) 2730 экз.
Атомная энергия
А'томная эне'ргия, энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер. Источником А. э. является внутренняя энергия атомного ядра. Более точное название А. э. – ядерная энергия.
Атомно-водородная сварка
А'томно-водоро'дная сва'рка, электрическая сварка дугой переменного тока, горящей между двумя вольфрамовыми электродами в атмосфере водорода. Обрабатываемый металл не включают в цепь дуги (косвенный нагрев). В зону дуги подают водород (иногда диссоциированный аммиак). По способу действия А.-в. с. следует считать одним из видов плазменной сварки. Напряжение источника тока около 300 в, сила тока 20—80 а, диаметр электродов 1,5—4 мм. Водород диссоциирует с превращением двухатомного водорода в атомарный H2> 2H, с затратой энергии около 400 Мдж/кмоль (100 000 кал/моль). На поверхности металла водород рекомбинирует в двухатомную форму, освобождает энергию диссоциации, передаёт её металлу и расплавляет его с образованием сварочной ванны. А.-в. с. нержавеющей стали и алюминия толщиной 1—5 мм применяют в незначительных размерах; её вытесняет аргоно-дуговая сварка.
К. К. Хренов.
Атомное время
А'томное вре'мя, система счёта времени, в которой единичный интервал времени определяется с помощью электромагнитных колебаний, излучаемых (или поглощаемых) атомами (или молекулами) некоторых веществ. За предварительную единицу А. в. принята атомная секунда. Для измерения А. в. созданы устройства, называемые атомными и молекулярными часами (см. Квантовые стандарты частоты. Квантовые часы).
Атомное оружие
А'томное ору'жие, оружие, поражающее действие которого основано на использовании внутриядерной энергии. Более правильный термин – ядерное оружие.
Атомной энергии институт
А'томной эне'ргии институ'т им. И. В. Курчатова Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР, создан в Москве в 1943 (до 1955 назывался Лабораторией № 2 АН СССР). Основателем и первым директором А. э. и. был академик И. В. Курчатов (по 7 февраля 1960). После его смерти директором стал академик А. П. Александров. В А. э. и. работает ряд видных учёных, среди них: академики АН СССР А. П. Александров, Л. А. Арцимович, Е. К. Завойский, И. К. Кикоин, М. А. Леонтович, А. Б. Мигдал, М. Д. Миллионщиков, член-корреспонденты АН СССР Е. П. Велихов, И. И. Гуревич, Б. Б. Кадомцев, П. Е. Спивак.
В А. э. и. решались физические задачи, связанные с использованием ядерной энергии: осуществлена первая в Европе цепная реакция деления урана в уран-графитовом котле (25 декабря 1946), развита теория гетерогенных ядерных реакторов, разработаны методы разделения изотопов, выполнены измерения ядерных констант, важных для развития цепной реакции, решен ряд проблем радиохимии. После успешного разрешения задач по укреплению обороны Советского государства А. э. и. сосредоточил свои силы на ядерной энергетике и фундаментальных научных проблемах. По физическим разработкам А. э. и. спроектировано и построено большинство исследовательских и энергетических атомных реакторов в СССР и других социалистических странах, а также реактор ледокола «Ленин». А. э. и. является центром исследований по термоядерным реакциям и физике плазмыв СССР. Он ведёт обширную программу исследований по физике атомного ядра, физике твёрдого тела, а также работы по МГД генераторам (магнито-гидродинамическим генераторам) и другим методам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Отдел молекулярной биологии занимает одно из ведущих мест в СССР.
А. э. и. располагает самым современным оборудованием. В нём работают первый в Европе реактор Ф-1; уран-бериллиево-графитовый реактор МР мощностью 40 Мвт с потоком нейтронов до 8·10-14см-2( сек-1, реакторы водо-водяные ВВР-2 и ИРТ-М на 2,5 и 5 Мвт соответственно; реактор с органическим теплоносителем ОР на 0,3 Мвт, уникальный циклотрон с регулируемой энергией, ускоряющий протоны (от 6 до 17 Мэв), дейтроны, He3, Li++, Li+++ (циклотрон работает также в режиме спектрометра быстрых нейтронов от 0,5 до 25 Мэв), четыре электростатических генератора до 7 Мэв, электромагнитные разделители стабильных изотопов (А. э. и. является держателем фонда разделённых изотопов СССР); крупные термоядерные экспериментальные установки. А. э. и. обладает мощной криогенной базой для получения жидкого азота, неона и гелия, разветвленной энергетической системой и вспомогательными технологическими подразделениями.
От А. э. и. отпочковались в самостоятельные учреждения Радиотехнический институт (Москва), Лаборатория ядерных проблем и Лаборатория ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований (Дубна), Институт ядерной физики Сибирского отделения АН СССР (Новосибирск) и др.
И. Н. Головин.
Атомные единицы массы
А'томные едини'цы ма'ссы, единицы измерения массы атомов, молекул и элементарных частиц. Для измерения массы атомов и молекул до 1961 в химии применялась А. е. м., определявшаяся как 1/16 атомной массы элемента кислорода и равная 1,66022·10-24 г. В физике за А. е.м. принималась 1/16 массы атома самого лёгкого из стабильных изотопов кислорода, массовое число которого (т. е. общее число протонов и нейтронов в ядре) равно 16. Физические А. е.м. равнялась 1,65976·10-24 г. Химические А. е.м. в 1,000275 раза больше физической, т. к. природный кислород содержит 3 стабильных изотопа: 16O (99,76%), 17O(0,04%), 18O(0,20%). В 1961 была установлена как в физике, так и в химии унифицированная А. е. м., определяемая как 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12, равная (1,66043 ± 0,00031)·10-24 г. Унифицированная А. е. м. равна 1,0003179 прежней физической А. е. м. и весьма близка к прежней химической А. е. м. Для элементарных частиц (электронов, нуклонов, мезонов и т. п.) в качестве единицы массы применяют массу электрона, равную 5,486·10-4 унифициров. А. е. м. или 9,1091·10-28 г.
Л. А. Сена.
Атомные пучки
А'томные пучки', см. Молекулярные пучки.
Атомные радиусы
А'томные ра'диусы, характеристики атомов, позволяющие приблизительно оценивать межатомные расстояния в веществах. Согласно квантовой механике, атом не имеет определённых границ, но вероятность найти электрон на данном расстоянии от ядра атома, начиная с некоторого расстояния, весьма быстро убывает. Поэтому можно приближённо приписать атому некоторый размер. Для всех атомов этот размер порядка 10-8см, т. е. 1 
или 0,1 нм. Опытные данные показывают, что, суммируя для атомов А и В значения величин, называются А. р., во многих случаях удаётся получить значение межатомного расстояния AB в химических соединениях и кристаллах, близкое к истинному. Это свойство межатомных расстояний, называется аддитивностью, оправдывает применение А. р. Последние подразделяются на металлические и ковалентные.
За металлический радиус принимается половина кратчайшего межатомного расстояния в кристаллической структуре элемента-металла. Металлический радиус зависит от числа ближайших соседей атома в структуре (координационного числа К). Если принять А. р. при К = 12 (это значение К чаще всего встречается в металлах) за 100%, то А. р. при К = 8,6 и 4 составят 98,96 и 88% соответственно. А. р. металлов применяют для предсказания возможности образования и анализа строения сплавов и интерметаллических соединений. Так, близость А. р. – необходимое, хотя и недостаточное условие взаимной растворимости металлов по типу замещения: магний (А. р. 1,60 
) в широких пределах образует твёрдые растворы с литием (1,55 
) и практически не образует их с натрием и калием (1,89 
и 2,36 
). Аддитивность А. р. позволяет ориентировочно предсказывать параметры решёток интерметаллов (например, для тетрагональной структуры b-AlCr2, расчёт даёт а = 3,06 
, с = 8,60 
, соответствующие экспериментальные значения 3,00 
и 8,63 
).
Ковалентные радиусы представляют собой половину длины ординарной связи Х – X, где Х – элемент-неметалл. Так, например, в случае галогенов А. р.– это половина межатомного расстояния в молекулах X2, для серы и селена – в молекулах X8, для углерода – это половина длины связи в кристаллической структуре алмаза или в молекулах предельных углеводородов. Повышение кратности связи (например, в молекулах бензола, этилена, ацетилена) приводит к уменьшению её длины, что иногда учитывают введением соответствующей поправки. Приблизительно выполняющаяся аддитивность ковалентных радиусов позволяет вычислить их значения и для металлов (из длин ковалентных связей Me – X, где Me – металл). В некоторых исследованиях, сравнивая экспериментально найденные расстояния Me – Х с суммами ковалентных радиусов и ионных радиусов, судят о степени ионности связи. Однако межатомные расстояния Х—Х и Me – Х заметно зависят от валентного состояния атомов. Последнее уменьшает универсальность ковалентных радиусов и ограничивает возможность их применения. О связи А. р. элементов с их положением в периодической системе см. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.
Лит.: Бокий Г. Б., Кристаллохимия, 2 изд., М., 1960; Жданов Г. С., Физика твердого тела, М., 1962; Китайгородский А. И., Органическая кристаллохимия, М., 1955; Bastiansen О., Тraetteberg M., The nature of bonds between carbon atoms, «Tetrahedron», 1962, v. 17, №3.
П. М. Зоркий.
Атомные спектры
А'томные спе'ктры,спектры оптические, получающиеся при испускании или поглащении света (электромагнитных волн) свободными или слабо связанными атомами; такими спектрами обладают, в частности, одноатомные газы и пары. А. с. являются линейчатыми – они состоят из отдельных спектральных линий. А. с. наблюдаются в виде ярких цветных линий при свечении газов или паров в электрической дуге или разряде (спектры испускания) и в виде тёмных линий (спектров поглощения). Каждая спектральная линия характеризуется определённой частотой колебаний v испускаемого или поглощаемого света и соответствует определённому квантовому переходу между уровнями энергии Ei и Ek атома согласно соотношению: hv = Ei – Ek, где h – Планка постоянная). Наряду с частотой спектральную линию можно характеризовать длиной волны l = c/v, волновым числом 1/l = v/c (c – скорость света) и энергией фотона hv.
А. с. возникают при переходах между уровнями энергии внешних электронов атома и наблюдаются в видимой, ультрафиолетовой и близкой инфракрасной областях. Такими спектрами обладают как нейтральные, так и ионизованные атомы; их часто называют соответственно дуговыми и искровыми спектрами (нейтральные атомы легко возбуждаются и дают спектры испускания в электрических дугах, а положительные ионы возбуждаются труднее и дают спектры испускания преимущественно в искровых электрических разрядах). Спектры ионизованных атомов смещены по отношению к спектрам нейтральных атомов в область больших частот, т. е. в ультрафиолетовую область. Это смещение тем больше, чем выше кратность ионизации атома – чем больше электронов он потерял. Спектры нейтрального атома и его последовательных ионов обозначают в спектроскопии цифрами I, II, III, ... В реально наблюдаемых спектрах часто присутствуют одновременно линии нейтрального и ионизованных атомов; так говорят, например, о линиях FeI, FeII, FeIII в спектре железа, соответствующих Fe, Fe+, Fe2+.
Линии А. с. образуют закономерные группы, называются спектральными сериями. Промежутки между линиями в серии убывают в сторону коротких длин волн, и линии сходятся к границе серии. Наиболее прост спектр атома водорода. Волновые числа линий его спектра с огромной точностью определяются формулой Бальмера:
1/l = R(1/n21 – 1/n22),
где n1 и n2 значения главного квантового числа для уровней энергии, между которыми происходит квантовый переход (см. Атом,рис. 1, б). Значение n1 = 1, 2, 3, ... определяет серию, а значение n2 = n1 + 1, n1 + 2, n1 + 3,... определяет отдельные линии данной серии; R – Ридберга постоянная (выраженная в волновых числах). При n1 = 1 получается серия Лаймана, лежащая в далёкой ультрафиолетовой области спектра, при n1 = 2 – серия Бальмера, линии которой расположены в видимой и близкой ультрафиолетовой областях. Серии Пашена (n1 = 3), Брэкета (n1 = 4), Пфаунда (n1 = 5), Хамфри (n1 = 6) лежат в инфракрасной области спектра. Аналогичными спектрами, только с увеличенным в Z2 раз масштабом (Z – атомный номер), обладают водородоподобные ионы Не+, Li2+, ... (cпектры HeII, LiIII, ...).
Спектры атомов щелочных металлов, обладающих одним внешним (оптическим) электроном помимо заполненных оболочек, схожи со спектром атома водорода, но смещены в область меньших частот; число спектральных серий увеличивается, а закономерности в расположении линий усложняются. Пример – спектр Na, атом которого обладает нормальной электронной конфигурацией 1s2 2s2 2p6 3s (см. в ст. Атом — Заполнение электронных оболочек и слоев) с легко возбуждаемым внешним электроном 3s; переходу этого электрона из состояния 3s в состояние 3p соответствует жёлтая линия Na (дублет l = 5690 
и l = 5696 
; см. рис.), с которой начинается т. н. главная серия Na, члены которой соответствуют переходам между состоянием 3s и состояниями 3p, 4p, 5p,... граница серии соответствует ионизации атома Na.
Для атомов с двумя или несколькими внешними электронами спектры значительно усложняются, что обусловлено взаимодействием электронов. А. с. особенно сложны для атомов с заполняющимися d- и f-оболочками; число линий доходит до многих тысяч, и уже нельзя обнаружить простых серий, аналогичных сериям в спектрах водорода и щелочных металлов. Однако и в сложных спектрах можно установить определённые закономерности в расположении линий, произвести систематику спектра и определить схему уровней энергии.
Систематика спектров атомов с двумя или более внешними электронами основана на приближённой характеристике отдельных электронов при помощи квантовых чисел n и l (см. Атом) с учётом взаимодействия этих электронов друг с другом. При этом приходится учитывать электростатические взаимодействия электронов – отталкивание по закону Кулона, и магнитные взаимодействия спиновых и орбитальных моментов (см. Спин, Спин-орбитальное взаимодействие), которые приводят к тонкому расщеплению уровней энергии (см. Тонкая структура). Благодаря этому у большинства атомов спектральные линии представляют собой более или менее тесную группу линий, называемую мультиплетом. Так, у всех щелочных металлов линии двойные (дублеты), причём расстояния между мультиплетными уровнями увеличиваются с увеличением атомного номера элемента. У щёлочноземельных элементов наблюдаются одиночные линии (сингулеты) и тройные (триплеты). Спектры следующих столбцов таблицы Менделеева образуют всё более сложные мультиплеты, причём нечётным столбцам соответствуют чётные мультиплеты, а четным столбцам – нечётные.
Кроме тонкой структуры, в А. с. наблюдается сверхтонкая структура, обусловленная магнитными моментами ядер. Сверхтонкая структура по порядку величины в 1000 раз уже обычной мультиплетной структуры и исследуется методами радиоспектроскопии.
В А. с. проявляются не все переходы между уровнями энергии данного атома или иона, а лишь вполне определённые, допускаемые (разрешенные) т. н. отбора правилами, зависящими от характеристик уровней энергии. В случае одного внешнего электрона возможны лишь переходы, для которых азимутальное квантовое число l увеличивается или уменьшается на 1; правило отбора имеет вид: Dl = ±1. В результате s-yровни (l = 0) комбинируют с р-уровнями (l = 1), р-уровни – с d-yровнями (l = 2) и т. д., что определяет возможные спектральные серии для атомов щелочных металлов, частный случай которых представляет главная серия Na (переходы 3s ® np, где n = 3, 4, 5, ...); другие переходы этим правилом отбора запрещены. Для многоэлектронных атомов правила отбора имеют более сложный вид.
Количественной характеристикой разрешенного оптического перехода является его вероятность (см. Вероятность перехода), определяющая, как часто этот переход может происходить; вероятность запрещенных переходов равна нулю. От вероятностей переходов зависят интенсивности спектральных линий. В простейших случаях вероятности переходов для А. с. могут быть рассчитаны по методам квантовой механики.
Наряду с изучением А. с. для свободных атомов значительный интерес представляет исследование изменений в А. с. при внешних воздействиях на атомы. Под действием внешнего магнитного или электрического поля происходит расщепление уровней энергии атома и соответствующее расщепление спектральных линий (см. Зеемана явление и Штарка явление).
Исследование А. с. сыграло важную роль в развитии представлений о строении атома (см. Атомная физика). Методы, основанные на изучении А. с., очень широко распространены в различных областях науки и техники. А. с. позволяют определить ряд весьма важных характеристик атомов и получить ценные сведения о строении электронных оболочек атома. Чрезвычайно существенно применение А. с. в эмиссионном спектральном анализе (по А. с. испускания), который благодаря высокой чувствительности, быстроте и универсальности завоевал прочное место в металлургии, горнорудной промышленности, машиностроении и во многих других отраслях народного хозяйства; наряду с эмиссионным спектральным анализом успешно применяют и абсорбционный спектральный анализ (по А. с. поглощения).
Лит.: Шпольский Э. В., Атомная физика, 5 изд., т. 1, М., 1963, т. 2, М., 1951: Фриш С. Э., Оптические спектры атомов, М.—Л., 1963; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.
М. А. Ельяшевич.
Жёлтая линия в спектре атома Na (дублет l = 5690 
и l = 5696 ).
Атомные столкновения
А'томные столкнове'ния, см. Столкновения атомные.
Атомные часы
А'томные часы', часы, ход которых регулируется атомным репером времени (частоты). Подробнее см. Квантовые стандарты частоты, Квантовые часы.
Атомный вес
А'томный вес, см. Атомная масса.
Атомный двигатель
А'томный дви'гатель, см. Ядерная силовая установка.
Атомный ледокол «Ленин»
А'томный ледоко'л «Ле'нин», первое в мире судно гражданского назначения с ядерной силовой установкой, созданное в СССР. А. л. «Ленин» спущен на воду 5 декабря 1957; вступил в эксплуатацию в конце 1959. Предназначен для проводки транспортных судов по Северному морскому пути и экспедиционного плавания в Арктике. Основные характеристики: водоизмещение (без балласта) 16 тыс. т, мощность главных турбин 32,4 Мвт (44 тыс. л. с.), наибольшая длина 134,0 м, ширина 27,6 м, высота борта 16,1 м, скорость хода на чистой воде 18 уз (33,3 км/ч). Обладает хорошей ледопроходимостью. А. л. «Ленин» – гладкопалубное судно с удлинённой средней надстройкой и двумя мачтами, в кормовой части размещена взлётно-посадочная площадка для вертолётов ледовой разведки. Ядерная паропроизводительная установка водо-водяного типа, расположенная в центральной части судна, вырабатывает пар для 4 главных турбогенераторов, питающих постоянным током 3 гребных электродвигателя, последние приводят в действие 3 гребных винта (2 бортовых и 1 средний) особо прочной конструкции. Имеются 2 автономные вспомогательные электростанции. Управление механизмами, устройствами и системами – дистанционное. Экипажу созданы хорошие бытовые условия для длительного арктического плавания. Полностью обеспечивается радиационная безопасность личного состава ледокола и окружающей среды.
А. М. Загю.
Атомный ледокол «Ленин».
Атомный номер
А'томный но'мер, порядковый номер химического элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. А. н. равен числу протонов в атомном ядре, которое, в свою очередь, равно числу электронов в электронной оболочке соответствующего нейтрального атома. А. н. обозначается через Z. Заряд ядра равен Ze, где е – положительный элементарный электрический заряд, равный по абсолютному значению заряду электрона.
