АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| Содди), что атомы испытывают превращения двух типов. Испустив а-частицу (ион гелия с положит. зарядом 2е), атом радиоактивного хим. элемента превращается в атом другого элемента, расположенного в перио-дич. системе на 2 клетки левее, напр. атом полония - в атом свинца. Испустив (3-ча-стицу (электрон) с отрицат. зарядом -е, атом радиоактивного хим. элемента превращается в атом элемента, расположенного на 1 клетку правее, напр. атом висмута - в атом полония. Масса атома, образовавшегося в результате таких превращений, оказывалась иногда отличной от атомного веса того элемента, в клетку к-рого он попадал. Отсюда следовало существование разновидностей атомов одного и того же хим. элемента с различными массами; эти разновидности в дальнейшем получили название изотопов (т. е. занимающих одно и то же место в таблице Менделеева). Итак, представления об абс. тождественности всех атомов данного хим. элемента оказались неверными.
Результаты исследования свойств электрона и радиоактивности позволили строить конкретные модели атома. В модели, предложенной Томсоном в 1903, атом представлялся в виде положительно заряженной сферы, в к-рую вкраплены незначительные по размеру (по сравнению с атомом) отрицат. электроны (рис. 3).
Рис. 3. Модель атома Томсона. Точками обозначены электроны, вкрапленные в положительно заряженную сферу.
Они удерживаются в атоме благодаря тому, что силы притяжения их распределённым положит. зарядом уравновешиваются силами их взаимного отталкивания. Томсоновская модель давала известное объяснение возможности испускания, рассеяния и поглощения света атомом. При смещении электронов из положения равновесия возникает "упругая" сила, стремящаяся восстановить равновесие; эта сила пропорциональна смещению электрона из равновесного положения и, следовательно, диполъному моменту атома. Под действием электрич. сил падающей электромагнитной волны электроны в атоме колеблются с той же частотой, что и электрич. напряжённость в световой волне; колеблющиеся электроны, в свою очередь, испускают свет той же частоты. Так происходит рассеяние электромагнитных волн атомами вещества. По степени ослабления светового пучка в толще вещества можно узнать общее число рассеивающих электронов, а зная число атомов в единице объёма, можно определить число электронов в каждом атоме.
Создание Резерфордом планетарной модели атома. Модель атома Томсона оказалась неудовлетворительной. На её основе не удалось объяснить совершенно неожиданный результат опытов англ. физика Э. Резерфорда и его сотрудников X. Гейгера и Э. Марсдена по рассеянию а-частиц атомами. В этих опытах быстрые а-частицы были применены для прямого зондирования атомов. Проходя через вещество, а-частицы сталкиваются с атомами.
При каждом столкновении а-частица, пролетая через электрическое поле атома, изменяет направление движения - испытывает рассеяние. В подавляющем большинстве актов рассеяния отклонения а-частиц (углы рассеяния) были очень малы. Поэтому при прохождении пучка а-частиц через тонкий слой вещества происходило лишь небольшое размытие пучка. Однако очень малая доля а-частиц отклонялась на углы более 90°. Этот результат нельзя было объяснить на основе модели Томсона, т. к. электрич. поле в "сплошном" атоме недостаточно сильно, чтобы отклонить быструю и массивную а-частицу на большой угол. Чтобы объяснить результаты опытов по рассеянию а-частиц, Резерфорд предложил принципиально новую модель атома, напоминающую по строению Солнечную систему и получившую назв. планетарной. Она имеет след. вид. В центре атома находится положительно заряженное ядро, размеры к-рого ( ~ 10- 12 см) очень малы по сравнению с размерами атома (~10-8 см), а масса почти равна массе атома. Вокруг ядра движутся электроны, подобно планетам вокруг Солнца; число электронов в незаряженном (нейтральном) атоме таково, что их суммарный отрицат. заряд компенсирует (нейтрализует) положительный заряд ядра. Электроны должны двигаться вокруг ядра, в противном случае они упали бы на него под действием сил притяжения. Различие между атомом и планетной системой состоит в том, что в последней действуют силы тяготения, а в атоме - электрич. (кулоновские) силы. Вблизи ядра, к-рое можно рассматривать как точечный положит. заряд, существует очень сильное электрическое поле. Поэтому, пролетая вблизи ядра, положительно заряженные а-частицы (ядра гелия) испытывают сильное отклонение (см. рис. 4). В дальнейшем было выяснено (Г. Мозли), что заряд ядра возрастает от одного хим. элемента к другому на элементарную единицу заряда, равную заряду электрона (но с положит. знаком). Численно заряд ядра атома, выраженный в единицах элементарного заряда е, равен порядковому номеру соответствующего элемента в периодич. системе.
Рис. 4. Фотография следов а-частиц в кислороде; короткий след принадлежит атому кислорода, более длинный - а-ча-стице, отклонившейся при столкновении примерно на 90° от первоначального направления.
Для проверки планетарной модели Резерфорд и его сотрудник Ч. Дарвин подсчитали угловое распределение сх-ча-стиц, рассеянных точечным ядром - центром кулоновских сил. Полученный результат был проверен опытным путём - измерением числа а-частиц, рассеянных под разными углами. Результаты опыта в точности совпали с теоретич. расчётами, блестяще подтвердив тем самым планетарную модель атома Резерфорда.
Однако планетарная модель атома натолкнулась на принципиальные трудности. Согласно классич. электродинамике, заряженная частица, движущаяся с ускорением, непрерывно излучает электромагнитную энергию. Поэтому электроны, двигаясь вокруг ядра, т. е. ускоренно, должны были бы непрерывно терять энергию на излучение. Но при этом они за ничтожную долю секунды потеряли бы всю свою кинетич. энергию и упали бы на ядро. Другая трудность, связанная также с излучением, состояла в следующем: если принять (в соответствии с классич. электродинамикой), что частота излучаемого электроном света равна частоте колебаний электрона в атоме (т. е. числу оборотов, совершаемых им по своей орбите в одну секунду) или имеет кратное ей значение, то излучаемый свет по мере приближения электрона к ядру должен был бы непрерывно изменять свою частоту, и спектр излучаемого им света должен быть сплошным. Но это противоречит опыту. Атом излучает световые волны вполне определённых частот, типичных для данного хим. элемента, и характеризуется спектром, состоящим из отдельных спектральных линий - линейчатым спектром. В линейчатых спектрах элементов был экспериментально установлен ряд закономерностей, первая из к-рых была открыта швейц. учёным И. Баль-мером (1885) в спектре водорода. Наиболее общая закономерность - комб и н а ц и о н н ы й п р и н ц и п - была найдена австр. учёным В. Ритцем (1908). Этот принцип можно сформулировать следующим образом: для атомов каждого элемента можно найти последовательность чисел 7*i, Т2, Т3 , ... -т. н. с п е к т р а л ь н ы х т е р м о в, таких, что частота v каждой спектральной линии данного элемента выражается в виде разности двух термов: v = Tk-Ti. Для атома водорода терм Tn=R/n2, где n - целое число, принимающее значение n = 1, 2, 3, ..., a R - т. н. постоянная Ридберга (см. Ридберга постоянная).
T. о., в рамках модели атома Резерфорда не могли быть объяснены устойчивость атома по отношению к излучению и линейчатые спектры его излучения. На её основе не могли быть объяснены и законы теплового излучения, и законы фо-тоэлектрич. явдений, к-рые возникают при взаимодействии излучения с веществом. Эти законы оказалось возможным объяснить, исходя из совершенно новых - квантовых - представлений, впервые введённых нем. физиком М. План-ком (1900). Для вывода закона распределения энергии в спектре теплового излучения - излучения нагретых тел - Планк предположил, что атомы вещества испускают электромагнитную энергию (свет) в виде отдельных порций - квантов света, энергия к-рых пропорциональна v (частоте излучения): E=hv, где h - постоянная, характерная для квантовой теории и получившая назв. Планка постоянной. В 1905 А. Эйнштейн дал квантовое объяснение фотоэлектрич. явлений, согласно к-рому энергия кванта hv идёт на вырывание электрона из металла-работа выхода Р - и на сообщение ему кинетич. энергии Ткин ; hv = Р + Ткин . При этом Эйнштейн ввёл понятие о квантах света как особого рода частицах; эти частицы впоследствии получили название фотонов.
Противоречия модели Резерфорда оказалось возможным разрешить, лишь отказавшись от ряда привычных представлений классич. физики. Важнейший шаг в построении теории атома был сделан дат. физиком Н. Бором (1913).
Постулаты Бора и модель атома Бора. В основу квантовой теории атома Бор положил 2 постулата, характеризующих те свойства атома, к-рые не укладывались в рамки классич. физики. Эти постулаты Бора могут быть сформулированы следующим образом:
1. С у щ е с т в о в а н и е с т ац и о н а р н ы х с о с т о я н и й. Атом не излучает и является устойчивым лишь в нек-рых стационарных (неизменных во времени) состояниях, соответствующих дискретному (прерывному) ряду "дозволенных" значений энергии E1 , Е2, Ез, E4 , ... Любое изменение энергии связано с квантовым (скачкообразным) переходом из одного стационарного состояния в другое.
2. У с л о в и е ч а с т о т и з л уч е н и я (квантовых переходов с излучением). При переходе из одного стационарного состояния с энергией Ei в другое с энергией Eк , атом испускает или поглощает свет определённой частоты v в виде кванта излучения (фотона) hv, согласно соотношению hv = Ei-Eк . При испускании атом переходит из состояния с большей энергией Ei в состояние с меньшей энергией Ек , при поглощении, наоборот, из состояния с меньшей энергией Ек в состояние с большей энергией Ei.
Постулаты Бора сразу позволяют понять физ. смысл комбинационного принципа Ритца (см. выше); сравнение соотношений hv=Ei-Ек и v = Tk-Ti показывает, что спектральные термы соответствуют стационарным состояниям, и энергия последних должна равняться (с точностью до постоянного слагаемого) Ei = -hTi, Eк = -hTk.
При испускании или поглощении света изменяется энергия атома, это изменение равно энергии испущенного или поглощённого фотона, т. е. имеет место закон сохранения энергии. Линейчатый спектр атома является результатом дискретности возможных значений его энергии.
Для определения дозволенных значений энергии атома - квантования его энергии - и для нахождения характеристик соответствующих стационарных состояний Бор применил классич. (ньютоновскую) механику. "Если мы желаем вообще составить наглядное представление о стационарных состояниях, у нас нет других средств, по крайней мере сейчас, кроме обычной механики", - писал Бор в 1913 ("Три статьи о спектрах и строении атомов", М.- Л., 1923, с. 22). Для простейшего атома - атома водорода, состоящею из ядра с зарядом +е (протона) и электрона с зарядом -е, Бор рассмотрел движение электрона вокруг ядра по круговым орбитам. Сравнивая энергию атома Е со спектральными термами Tn=R/n2 для атома водорода, найденными с большой точностью из частот его спектральных линий, он получил возможные значения энергии атома Еn = -hТn = -hR/п2 (где п= 1,2,3, ...). Они соответствуют круговым орбитам радиуса ап=А0 nг, где а0=0,53-10-8 см - боровский радиус - радиус наименьшей круговой орбиты (при n = 1). Бор вычислил частоты обращения vn электрона вокруг ядра по круговым орбитам в зависимости от энергии электрона. Оказалось, что частоты излучаемого атомом света не совпадают с частотами обращения vn, как этого требует классич. электродинамика, а пропорциональны, согласно соотношению hv=Ei-Ек, разности энергий электрона на двух возможных орбитах.
Для нахождения связи частоты обращения электрона по орбите и частоты излучения Бор сделал предположение, что результаты квантовой и классич. теорий должны совпадать при малых частотах излучения (для больших длин волн; такое совпадение имеет место для теплового излучения, законы к-рого были выведены Планком). Он приравнял для больших п частоту перехода v = (Еn+1 - En)/h частоте обращения vn по орбите с данным n и вычислил значение постоянной Ридберга R, к-рое с большой точностью совпало со значением R, найденным из опыта, что подтвердило боровское предположение. Бору удалось также не только объяснить спектр водорода, но и убедительно показать, что нек-рые спектральные линии, к-рые приписывались водороду, принадлежат гелию. Предположение Бора о том, что результаты квантовой и классич. теорий должны совпадать в предельном случае малых частот излучения, представляло первоначальную форму т. н. принципа соответствия. В дальнейшем Бор успешно применил его для нахождения интенсивностей линий спектра. Как показало развитие совр. физики, принцип соответствия оказался весьма общим (см. Соответствия принцип).
В теории атома Бора квантование энергии, т. е. нахождение её возможных значений, оказалось частным случаем общего метода нахождения "дозволенных" орбит. Согласно квантовой теории, такими орбитами являются только те, для которых момент количества движения электрона в атоме равен целому кратному h/2п. Каждой дозволенной орбите соответствует определённое возможное значение энергии атома (см. Атом).
Основные положения квантовой теории атома - 2 постулата Бора - были всесторонне подтверждены экспериментально. Особенно наглядное подтверждение дали опыты нем. физиков Дж. Франка и Г. Герца (1913-16). Суть этих опытов такова. Поток электронов, энергией к-рых можно управлять, попадает в сосуд, содержащий пары ртути. Электронам сообщается энергия, которая постепенно повышается. По мере увеличения энергии электронов ток в гальванометре, включённом в электрич. цепь, увеличивается; когда же энергия электронов оказывается равной определённым значениям (4,9; 6,7; 10,4 эв), ток резко падает (рис. 5). Одновременно можно обнаружить, что пары ртути испускают ультрафиолетовые лучи определённой частоты.
Изложенные факты допускают только одно истолкование. Пока энергия электронов меньше 4,9 эв, электроны при столкновении с атомами ртути не теряют энергии - столкновения имеют упругий характер. Когда же энергия оказывается равной определённому значению, именно 4,9 эв, электроны передают свою энергию атомам ртути, к-рые затем испускают её в виде квантов ультрафиолетового света. Расчёт показывает, что энергия этих фотонов равна как раз той энергии, к-рую теряют электроны. Эти опыты доказали, что внутр. энергия атома может иметь только определённые дискретные значения, что атом поглощает энергию извне и испускает её сразу целыми квантами и что, наконец, частота испускаемого атомом света соответствует теряемой атомом энергии.
Дальнейшее развитие А. ф. показало справедливость постулатов Бора не только для атомов, но и для других мик-роскопич. систем - для молекул и для атомных ядер. Эти постулаты следует рассматривать как твёрдо установленные опытные квантовые законы. Они составляют ту часть теории Бора, к-рая не только сохранилась при дальнейшем развитии квантовой теории, но и получила своё обоснование. Иначе обстоит дело с моделью атома Бора, основанной на рассмотрении движения электронов в атоме по законам классич. механики при наложении дополнит. условий квантования. Такой подход позволил получить целый ряд важных результатов, но был непоследовательным: квантовые постулаты были присоединены к законам классич. механики искусственно. Последовательной теорией явилась созданная в 20-х гг. 20 в. квантовая механика. Её создание было подготовлено дальнейшим развитием модельных представлений теории Бора, в ходе к-рого выяснились её сильные и слабые стороны.
Развитие модельной теории атома Бора. Весьма важным результатом теории Бора было объяснение спектра атома водорода. Дальнейший шаг в развитии теории атомных спектров был сделан нем. физиком А. Зоммерфельдом. Разработав более детально правила квантования, исходя из более сложной картины движения электронов в атоме (по эллиптич. орбитам) и учитывая экранирование внешнего (т. н. валентного) электрона в поле ядра и внутренних электронов, он сумел дать объяснение ряда закономерностей спектров щелочных металлов.
Теория атома Бора пролила свет и на структуру т. н. характеристических спектров рентгеновского излучения. Рентгеновские спектры атомов так же, как и их оптические спектры, имеют дискретную линейчатую структуру, характерную для данного элемента (отсюда и название). Исследуя характеристич. рентгеновские спектры различных элементов, англ. физик Г. Мозли открыл след. закономерность: квадратные корни из частот испускаемых линий равномерно возрастают от элемента к элементу по всей периодич. системе Менделеева пропорционально атомному номеру элемента. Интересно то обстоятельство, что закон Мозли полностью подтвердил правоту Менделеева, нарушившего в нек-рых случаях принцип размещения элементов в таблице по возрастающему атомному весу и поставившего нек-рые более тяжёлые элементы впереди более лёгких.
На основе теории Бора удалось дать объяснение и периодичности свойств атомов. В сложном атоме образуются электронные оболочки, к-рые последовательно заполняются, начиная от самой внутренней, определёнными числами электронов (физ. причина образования оболочек стала ясна только на основании принципа Паули, см. ниже). Структура внешних электронных оболочек периодически повторяется, что обусловливает периодич. повторяемость хим. и многих физ. свойств элементов, расположенных в одной и той же группе периодич. системы. На основе же теории Бора нем. химиком В. Косселем были объяснены (1916) хим. взаимодействия в т. н. гете-рополярных молекулах.
Однако далеко не все вопросы теории атома удалось объяснить на основе модельных представлений теории Бора. Она не справлялась со многими задачами теории спектров, позволяла получать лишь правильные значения частот спектральных линий атома водорода и водоро-доподобных атомов, интенсивности же этих линий оставались необъяснёнными; Бору для объяснения интенсивностей пришлось применить принцип соответствия.
При переходе к объяснению движений электронов в атомах, более сложных, чем атом водорода, модельная теория Бора оказалась в тупике. Уже атом гелия, в к-ром вокруг ядра движутся 2 электрона, не поддавался теоретич. интерпретации на её основе. Трудности при этом не исчерпывались количественными расхождениями с опытом. Теория оказалась бессильной и в решении такой проблемы, как соединение атомов в молекулу. Почему 2 нейтральных атома водорода соединяются в молекулу водорода? Как вообще объяснить природу валентности? Что связывает атомы твёрдого тела? Эти вопросы оставались без ответа. В рамках боровской модели нельзя было найти подхода к их решению.
Квантовомеханическая теория атома. Ограниченность боровской модели атома коренилась в ограниченности классич. представлений о движении микрочастиц. Стало ясно, что для дальнейшего развития -теории атома необходимо критически пересмотреть основные представления о движении и взаимодействии микрочастиц. Неудовлетворительность модели, основанной на классич. механике с добавлением условий квантования, отчётливо понимал и сам Бор, взгляды к-рого оказали большое влияние на дальнейшее развитие А. ф. Началом нового этапа развития А. ф. послужила идея, высказанная франц. физиком Л. де Бройлем (1924) о двойственной природе движения микрообъектов, в частности электрона (см. Волны де Бройля). Эта идея стала исходным пунктом квантовой механики, созданной в 1925-26 трудами В. Гейзен-берга и М. Борна (Германия), Э. Шрёдин-гера (Австрия) и П. Дирака (Англия), и разработанной на её основе совр. кванто-вомеханич. теории атома.
Представления квантовой механики о движении электрона (вообще микрочастицы) коренным образом отличаются от классических. Согласно квантовой механике, электрон не движется по траектории (орбите), подобно твёрдому шарику;
движению электрона присущи также и нек-рые особенности, характерные для распространения волн. С одной стороны, электрон всегда действует (напр., при столкновениях) как единое целое, как частица, обладающая неделимым зарядом и массой; в то же время электроны с определённой энергией и импульсом распространяются подобно плоской волне, обладающей определённой частотой (и определённой длиной волны). Энергия электрона Е как частицы связана с частотой v электронной волны соотношением: E = hv, а его импульс р - с длиной волны Лямбда соотношением: p = h/лямбда,
Устойчивые движения электрона в атоме, как показал Шрёдингер (1926), в нек-ром отношении аналогичны стоячим волнам, амплитуды к-рых в разных точках различны. При этом в атоме, как в колебат. системе, возможны лишь нек-рые "избранные" движения с определёнными значениями энергии, момента количества движения и проекции момента электрона в атоме. Каждое стационарное состояние атом? описывается при помощи нек-рой волновой функции, являющейся решением волнового уравнения особого типа - уравнения Шрёдингера; волновой функции соответствует "электронное облако", характеризующее (в среднем) распределение плотности электронного заряда в атоме (см. Атом; там же на рис. 3 показаны проекции "электронных облаков" атома водорода). В 20-30-х гг. были разработаны приближённые методы расчёта распределения плотности электронного заряда в сложных атомах, в частности метод Томаса - Ферми (1926, 1928). Эта величина и связанное с ней значение т. н. атомного фактора важны при исследовании электронных столкновений с атомами, а также рассеяния ими рентгеновских лучей.
На основе квантовой механики удалось путём решения ур-ния Шрёдингера правильно рассчитать энергии электронов в сложных атомах. Приближённые методы таких расчётов были разработаны в 1928 Д. Хартри (Англия) и в 1930 В. А. Фоком (СССР). Исследования атомных спектров полностью подтвердили квантовомеханич. теорию атома. При этом выяснилось, что состояние электрона в атоме существенно зависит от его спина - собственного механич. момента количества движения. Было дано объяснение действия внешних электрич. и магнитных полей на атом (см. Штарка явление, Зеемана явление). Важный общий принцип, связанный со спином электрона, был открыт щвейц. физиком В. Паули (1925) (см. Паули принцип); согласно этому принципу, в каждом электронном состоянии в атоме может находиться только один электрон; если данное состояние уже занято к.-л. электроном, то последующий электрон, входя в состав атома, вынужден занимать другое состояние. На основе принципа Паули были окончательно установлены числа заполнения электронных оболочек в сложных атомах, определяющие периодичность свойств элементов. Исходя из квантовой механики, нем. физики В. Гейтлер и Ф. Лондон (1927) дали теорию т. н. гомеополярной хим. связи двух одинаковых атомов (напр., атомов водорода в молекуле Н2),не объяснимой в рамках боровской модели атома.
Важными применениями квантовой механики в 30-х гг. и в дальнейшем были исследования связанных атомов, входящих в состав молекулы или кристалла. Состояния атома, являющегося частью молекулы, существенно отличаются от состояний свободного атома. Существенные изменения претерпевает атом также в кристалле под действием внутри-кристаллич. поля, теория к-рого была впервые разработана X. Бете (1929). Исследуя эти изменения, можно установить характер взаимодействия атома с его окружением. Крупнейшим экспериментальным достижением в этой области А. ф. было открытие Е. К. Завойским в 1944 электронного парамагнитного резонанса, давшего возможность изучать различные связи атомов с окружающей средой.
Современная атомная физика. Осн. разделами совр. А. ф. являются теория атома, атомная (оптическая) спектроскопия, рентгеновская спектроскопия, радиоспектроскопия (она исследует также и вращательные уровни молекул), физика атомных и ионных столкновений. Различные разделы спектроскопии охватывают разные диапазоны частот излучения и, соответственно, разные диапазоны энергий квантов. В то время как рентгеновская спектроскопия изучает излучения атомов с энергиями квантов до сотен тыс. эв, радиоспектроскопия имеет дело с очень малыми квантами - вплоть до квантов менее 10-6 эв.
Важнейшая задача А. ф.- детальное определение всех характеристик состояний атома. Речь идёт об определении возможных значений энергии атома - его уровней энергии, значений моментов количества движения и др. величин, характеризующих состояния атома. Исследуются тонкая и сверхтонкая структуры уровней энергии (см. Атомные спектры), изменения уровней энергии под действием электрич. и магнитного полей -как внешних, макроскопических, так и внутренних, микроскопических. Большое значение имеет такая характеристика состояний атома, как время жизни электрона на уровне энергии. Наконец, большое внимание уделяется механизму возбуждения атомных спектров.
Области явлений, исследуемых разными разделами А. ф., перекрываются. Рентгеновская спектроскопия измерением испускания и поглощения рентгеновских лучей позволяет определить гл. обр. энергии связи внутр. электронов с ядром атома (энергии ионизации), распределение электрич. поля внутри атома. Оптич. спектроскопия изучает совокупности спектральных линий, испускаемых атомами, определяет характеристики уровней энергии атома, интенсивности спектральных линий и связанные с ними времена жизни атома в возбуждённых со стояниях, тонкую структуру уровней энергии, их смещение и расщепление в электрич. и магнитном полях. Радиоспектроскопия детально исследует ширину и форму спектральных линий, их сверхтонкую структуру, сдвиг и расщепление в магнитном поле, вообще внутриатомные процессы, вызываемые очень (слабыми взаимодействиями и влияниями среды.
Анализ результатов столкновений быстрых электронов и ионов с атомами даёт возможность получить сведения о распределении плотности электронного заряда ("электронного облака") внутри атома, об энергиях возбуждения атома, энергиях ионизации.
Результаты детального исследования строения атомов находят самые широкие применения не только во мн. разделах физики, но и в химии, астрофизике и др. областях науки. На основании изучения уширения и сдвига спектральных линий можно судить о местных (локальных) полях в среде (жидкости, кристалле), обусловливающих эти изменения, и о состоянии этой среды (темп-ре, плотности и др.). Знание распределения плотности электронного заряда в атоме и её изменений при внешних взаимодействиях позволяет предсказать тип хим. связей, к-рые может образовывать атом, поведение иона в кристаллич. решётке. Сведения о структуре и характеристиках уровней энергии атомов и ионов чрезвычайно важны для устройств квантовой электроники. Поведение атомов и ионов при столкновениях - их ионизация, возбуждение, перезарядка - существенно для физики плазмы. Знание детальной структуры уровней энергии атомов, особенно многократно ионизованных, важно для астрофизики.
Таким образом, А. ф. тесно связана с др. разделами физики и др. науками о природе. Представления об атоме, выработанные А. ф., имеют и важное мировоззренческое значение. "Устойчивость" атома объясняет устойчивость различных видов вещества, непреврати-мость хим. элементов в естеств. условиях, напр. при обычных на Земле темп-рах и давлениях. "Пластичность" же атома, изменение его свойств и состояний при изменении внешних условий, в к-рых он существует, объясняет возможность образования более сложных систем, качественно своеобразных, их способность приобретать различные формы внутр. организации. Так находит разрешение то противоречие между идеей о неизменных атомах и качественным многообразием веществ, к-рое существовало и в древности, и в новое время и служило основанием для критики атомизма.
Лит.: Бор Н., Три статьи о спектрах и строении атомов, пер. с нем., М.- П., 1923; Б о р н М., Современная физика, пер. с нем., М., 1965; Б р о и л ь Л., Революция в физике, пер. с франц., М., 1963; Шпольский Э. В., Атомная физика, 5 изд., т. 1, М., 1963.
М. А. Ельяшевич. Р. Я. Штейнман.
АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (АЭС), электростанция, в к-рой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор (см. Ядерный реактор). Тепло, к-рое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер нек-рых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органич. топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в осн. 233U, 235U. 239Рu). При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 квт • ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетич. ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органич. топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологич. целей мировой химич. пром-сти, к-рая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органич. топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относит. увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, к-рая уже занимает заметное место в энергетич. балансе ряда пром. стран мира.
Первая в мире АЭС опытно-пром. назначения (рис. 1) мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преим. в воен. целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Между-нар. научно-технич. конференции по мирному использованию атомной энергии (авг. 1955, Женева).
В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 Мвт (полная проектная мощность 600 Мвт). В том же году развернулось строительство Белоярской пром. АЭС, а 26 апр. 1964 генератор 1-й очереди (блок мощностью 100 Мвт) выдал ток в Свердловскую энергосистему. 2-й блок мощностью 200 Мвт сдан в эксплуатацию в октябре 1967. Отличительная особенность Белоярской АЭС - перегрев пара (до получения нужных параметров) непосредственно в ядерном реакторе, что позволило применить на ней обычные современные турбины почти без всяких переделок.
В сент. 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 Мвт. Себестоимость 1 квт • ч электроэнергии (важнейший экономич. показатель работы всякой электростанции) на этой АЭС систематически снижалась: она составляла 1,24 коп. в 1965, 1,22 коп. в 1966, 1,18 коп. в 1967, 0,94 коп. в 1968. Первый блок Нововоронежской АЭС был построен не только для пром. пользования, но и как демонстрац. объект для показа возможностей и преимуществ атомной энергетики, надёжности и безопасности работы АЭС. В нояб. 1965 в г. Мелекессе Ульяновской обл. вступила в строй АЭС с водо-водяным реактором "кипящего" типа мощностью 50 Мвт; реактор собран по одноконтурной схеме, облегчающей компоновку станции. В декабре 1969 был пущен второй блок Нововоронежской АЭС (350 Мвт).
За рубежом первая АЭС пром. назначения мощностью 46 Мвт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 Мвт в Шиппингпорте (США).
Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора l, отбирается водой (теплоносителем) 1-го контура, к-рая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе, воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину 4.
Наиболее часто на АЭС применяются 4 типа реакторов на тепловых нейтронах: 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) гра-фито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; З) тя-желоврдные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.
Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется гл. обр. накопленным опытом в реакторостроснии,а также наличием необходимого пром. оборудования, сырьевых запасов и т. д. В СССР строят гл. обр. графито-водные и водо-водяные реакторы. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графито-газовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами.
В зависимости от вида и агрегатного состояния теплоносителя создаётся тот или иной термодинамич. цикл АЭС. Выбор верхней температурной границы термодинамич. цикла определяется максимально допустимой темп-рой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное горючее, допустимой темп-рой собственно ядерного горючего, а также свойствами теплоносителя, принятого для данного типа реактора. На АЭС, тепловой реактор к-рой охлаждается водой, обычно пользуются низкотемпературными паровыми циклами. Реакторы с газовым теплоносителем позволяют применять относительно более экономичные циклы водяного пара с повышенными начальными давлением и темп-рой. Тепловая схема АЭС о этих двух случаях выполняется 2-контурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур - пароводяной. При реакторах с кипящим водяным или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одноконтурная тепловая АЭС. В кипящих реакторах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину, или предварительно возвращается в активную зону для перегрева
Рис. 3. Принципиальная тепловая схема АЭС с ядерным перегревом пара (2-й блок Белоярской АЭС): / - реактор; 2 - испарительный канал; 3 - пароперегревательный канал; 4-барабан-сепаратор; 5 - циркуляционный насос; 6 - деаэратор; 7 - турбина; 8 - конденсатор; 9 - конденсатный насос; 10 - регенеративный подогреватель низкого давления; 11 - питательный насос; 12 - регенеративные подогреватели высокого давления; 13 - генератор электрического тока.
(рис. 3). В высокотемпературных графито-газовых реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет роль камеры сгорания.
При работе реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, т. е. ТВЭЛы выгорают. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанц. управлением. Отработавшие ТВЭЛы переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку.
К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно реактор с биологической защитой; теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя; трубопроводы и арматура цирку-ляц. контура; устройства для перезагрузки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др.
В зависимости от конструктивного исполнения реакторы имеют отличит. особенности: в корпусных реакторах ТВЭЛы и замедлитель расположены внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя; в канальных реакторах ТВЭЛы, охлаждаемые теплоносителем, устанавливаются в спец. трубах-каналах, пронизывающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в СССР (Сибирская, Бело-ярская АЭС и др.).
Для предохранения персонала АЭС от радиац. облучения реактор окружают биологической защитой, осн. материалом для к-рой служат бетон, вода, серпенти-новый песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление неплотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Оборудование реакторного контура обычно устанавливают в герметичных боксах, к-рые отделены от остальных помещений АЭС биологич. защитой и при работе реактора не обслуживаются. Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС спец. системой вентиляции, в к-рой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмотрены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиац. безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрич. контроля.
При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева и нарушения герметичности оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение неск. секунд) глушение ядерной реакции; аварийная система расхолаживания имеет автономные источники питания.
Наличие биологич. защиты, систем спец. вентиляции и аварийного расхолаживания и службы дозиметрич. контроля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вредных воздействий радиоактивного облучения.
Оборудование машинного зала АЭС аналогично оборудованию машинного зала ТЭС. Отличит. особенность большинства АЭС - использование пара сравнительно низких параметров, насыщенного или слабоперегретого.
При этом для исключения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепарирующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов и промежуточных перегревателей пара. В связи с тем что теплоноситель и содержащиеся в нём примеси при прохождении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины одноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоносителя. На двухконтурных АЭС с высокими параметрами пара подобные требования к оборудованию машинного зала не предъявляются.
В число специфичных требований к компоновке оборудования АЭС входят: минимально возможная протяжённость коммуникаций, связанных с радиоактивными средами, повышенная жёсткость фундаментов и несущих конструкций реактора, надёжная организация вентиляции помещений. На рис. (см. вклейку к стр. 400) показан разрез главного корпуса Белоярской АЭС с канальным графито-водным реактором. В реакторном зале размещены: реактор с биологич. защитой, запасные ТВЭЛы и аппаратура контроля. АЭС скомпонована по блочному принципу реактор-турбина. В машинном зале расположены турбогенераторы и обслуживающие их системы. Между машинным и реакторным залами размещены вспо-могат. оборудование и системы управления станцией.
Экономичность АЭС определяется её осн. технич. показателями: единичная мощность реактора, кпд, энергонапряжённость активной зоны, глубина выгорания ядерного горючего, коэфф. использования установленной мощности АЭС за год. С ростом мощности АЭС удельные капиталовложения в неё (стоимость установленного квт) снижаются более резко, чем это имеет место для ТЭС. В этом главная причина стремления к сооружению крупных АЭС с большой единичной мощностью блоков. Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30 - 40% (на ТЭС 60-70%). Поэтому крупные АЭС наиболее распространены в промышленно развитых районах с ограниченными запасами обычного топлива, а АЭС небольшой мощности - в труднодоступных или отдалённых районах, напр. АЭС в пос. Билибино (Якут. АССР) с электрич. мощностью типового блока 12 Мвт. Часть тепловой мощности реактора этой АЭС (29 Мвт) расходуется на теплоснабжение. Наряду с выработкой электроэнергии АЭС используются также для опреснения морской воды. Так, Шевченковская АЭС (Казах. ССР) электрич. мощностью 150 Мвт рассчитана на опреснение (методом дистилляции) за сутки до 150 000 m воды из Каспийского м.
В большинстве промышленно развитых стран (СССР, США, Англия, Франция, Канада, ФРГ, Япония, ГДР и др.) по прогнозам мощность действующих и строящихся АЭС к 1980 будет доведена до десятков Гвт. По данным Междунар. атомного агентства ООН, опубликованным в 1967, установленная мощность всех АЭС в мире к 1980 достигнет 300 Гвт.
В Сов. Союзе осуществляется широкая программа ввода в строй крупных энер-гетич. блоков (до 1000 Мвт) с реакторами на тепловых нейтронах. В 1948-49 были начаты работы по реакторам на быстрых нейтронах для пром. АЭС.Физич. особенности таких реакторов позволяют осуществить расширенное воспроиз-во ядерного горючего (коэфф. воспроиз-ва от 1,3 до 1,7), что даёт возможность использовать не только 233U, но и сырьевые материалы 238U и 232Th. Кроме того, реакторы на быстрых нейтронах не содержат замедлителя, имеют сравнительно малые размеры и большую загрузку. Этим и объясняется стремление к интенсивному развитию быстрых реакторов в СССР. Для исследований по быстрым реакторам были последовательно сооружены экспериментальные и опытные реакторы БР-1, БР-2, БР-3, БР-5, БФС. Полученный опыт обусловил переход от исследований модельных установок к проектированию и сооружению пром. АЭС на быстрых нейтронах (БН-350) в г. Шевченко и (БН-600) на Белоярской AЭC. Ведутся исследования реакторов для мощных АЭС, напр. в г. Мелекессе построен опытный реактор БОР-60.
Крупные АЭС сооружаются и в ряде развивающихся стран (Индия, Пакистан и др.).
На 3-й Междунар. научно-технич. конференции по мирному использованию атомной энергии (1964, Женева) было отмечено, что широкое освоение ядерной энергии стало ключевой проблемой для большинства стран. Состоявшаяся в Москве в авг. 1968 7-я Мировая энергетич. конференция (МИРЭК-VII) подтвердила актуальность проблем выбора направления развития ядерной энергетики на следующем этапе (условно 1980-2000), когда АЭС станет одним из осн. производителей электроэнергии.
Лит.: Некоторые вопросы ядерной энергетики. Сб. ст., под ред. М. А. Стыриковича, М., 1959; Канаев А. А., Атомные энергетические установки, Л., 1961; К а л а-ф а т п Д. Д-, Термодинамические циклы атомных электростанций, М.- Л., 1963; 10 лет Первой в мире атомной электростанции СССР. [Сб. ст.], М., 1964; Советская атомная наука и техника. [Сборник], М., 1967; Петросьянц А. М., Атомная энергетика наших дней, М.. 1968.
С. П. Кузнецов.
АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ, энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер. Источником А. э. является внутренняя энергия атомного ядра. Более точное название А. э.- ядерная энергия.
"АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ", советский ежемесячный научно-технич. журнал, орган Гос. 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 нар. х-ве, радиан. безопасность, ядерное приборостроение, проблема управляемых термоядерных реакций и физика плазмы, непосредств. преобразование ядерной энергии в электрическую, ускорение заряженных частиц, нейтронная физика и физика деления атомных ядер. Тираж (1970) 2730 экз.
АТОМНО-ВОДОРОДНАЯ СВАРКА, электрич. сварка дугой перем. 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 ок. 300 в, сила тока 20-80 а, диаметр электродов 1,5-4 мм. Водород диссоциирует с превращением двухатомного водорода в атомарный Hj-> 2Н, с затратой энергии ок. 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 незначит. размерах; её вытесняет аргоно-дуговая сварка. К. К. Хренов.
АТОМНОЕ ВРЕМЯ, система счёта времени, в к-рой единичный интервал времени определяется с помощью электромагнитных колебаний, излучаемых (или поглощаемых) атомами (или молекулами) нек-рых веществ. За предварит. 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, оружие, поражающее действие к-рого основано на использовании внутриядерной энергии. Более правильный термин - ядерное оружие.
АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ИНСТИТУТ им. И. В. К у р ч а т о в а Г о с. к о м и т е т а п о и с п о л ь з о в а н и ю а т о м н о й э н е р г и и С С С Р, создан в Москве в 1943 (до 1955 назывался Лабораторией № 2 АН СССР). Основателем и первым директором А. э. и. был акад. И. В. Курчатов (по 7 февраля 1960). После его смерти директором стал акад. 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, чл.-корр. АН СССР Е. П. Велихов, И. И. Гуревич, Б. Б. Кадомцев, П. Е. Спивак.
В А. э. и. решались физ. задачи, связанные с использованием ядерной энергии: осуществлена первая в Европе цепная реакция деления урана в уран-графитовом котле (25 дек. 1946), развита теория гетерогенных ядерных реакторов, разработаны методы разделения изотопов, выполнены измерения ядерных констант, важных для развития цепной реакции, решён ряд проблем радиохимии. После успешного разрешения задач по укреплению обороны Сов. государства А. э. и. сосредоточил свои силы на ядерной энергетике и фундаментальных науч. проблемах. По физ. разработкам А. э. и. спроектировано и построено большинство исследовательских и энергетических атомных реакторов в СССР и других социалистич. странах, а также реактор ледокола "Ленин". А. э. и. является центром исследований по термоядерным реакциям и физике плазмы в СССР. Он ведёт обширную программу исследований по физике атомного ядра, физике твёрдого тела, а также работы по МГД-генераторам (магнито-гидродина-мическим генераторам) и др. 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*1014 см-2-сек~'; 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, Не3, 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, разветвлённой энергетич. системой и вспомогательными технологич. подразделениями.
От А. э. и. отпочковались в самостоят. учреждения Радиотехнич. ин-т (Москва), Лаборатория ядерных проблем и Лаборатория ядерных реакций Объединённого ин-та ядерных исследований (Дубна), Ин-т ядерной физики Сиб. отделения АН СССР (Новосибирск) и др.
И. Н. Головин.
АТОМНЫЕ ЕДИНИЦЫ МАССЫ, 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. Физич. А. е. м. равнялась 1,65976*10-24г. Химич. А. е. м. в 1,000275 раза больше физической, т. к. природный кислород содержит 3 стабильных изотопа: 16О (99,76%), 17О(0,04%), 18О(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 физич. А. е. м. и весьма близка к прежней химич. 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, см. Молекулярные пучки.
АТОМНЫЕ РАДИУСЫ, 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 нек-рого расстояния, весьма быстро убывает. Поэтому можно приближённо приписать атому нек-рый размер. Для всех атомов этот размер порядка 10-8 см, т. е. 1 А или 0,1 нм. Опытные данные показывают, что, суммируя для атомов А и В значения величин, наз. А. р., во многих случаях удаётся получить значение межатомного расстояния АВ в хим. соединениях и кристаллах, близкое к истинному. Это свойство межатомных расстояний, наз. аддитивностью, оправдывает применение А. р. Последние подразделяются на металлические и ковалентные.
За металлич. радиус принимается половина кратчайшего межатомного расстояния в кристаллич. структуре элемента-металла. Металлич. 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 интерметал-лич. соединений. Так, близость А. р.- необходимое, хотя и недостаточное условие взаимной растворимости металлов по типу замещения: магний (А. р. 1,60А) в широких пределах образует твёрдые растворы с литием (1,55 А) и практически не образует их с натрием и калием (1,89 А и 2,36 А). Аддитивность А. р. позволяет ориентировочно предсказывать параметры решёток интерметаллов (например, для тетрагональной структуры B-АlСr2, расчёт даёт а = 3,06 А, с = 8,60 А, соответствующие экспериментальные значения 3,00 А и 8,63 А). Ковалентные радиусы представляют собой половину длины ординарной связи X - X, где X - элемент-неметалл. Так, напр., в случае галогенов А. р.- это половина межатомного расстояния в молекулах Х2, для серы и селена - в молекулах Х8, для углерода - это половина длины связи в кристаллич. структуре алмаза или в молекулах предельных углеводородов. Повышение кратности связи (напр., в молекулах бензола, этилена, ацетилена) приводит к уменьшению её длины, что иногда учитывают введением соответствующей поправки. Приблизительно выполняющаяся аддитивность ковалент-ных радиусов позволяет вычислить их значения и для металлов (из длин ко-валентных связей Me - X, где Me - металл). В нек-рых исследованиях, сравнивая экспериментально найденные расстояния Me - X с суммами ковалентных радиусов и ионных радиусов, судят о степени ионности связи. Однако меж-
атомные расстояния X-X и Me - X 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., Т г а е t-t e b e r g M-, The nature of bonds between carbon atoms, "Tetrahedron", 1962, v. 17, Mb 3. П. М. Зоркий.
АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ, спектры оптические, получающиеся при испускании или поглощении света (электромагнитных волн) свободными или слабо связанными атомами; такими спектрами обладают, в частности, одноатомные газы и пары. А. с. являются л и н е й ч ат ы м и - они состоят из отдельных с п е к т р а л ь н ы х л и н и й . А. с. наблюдаются в виде ярких цветных линий при свечении газов или паров в электрич. 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 Et и Еи атома согласно соотношению: hv= Et - Eh, где h - Планка постоянная). Наряду с частотой спектральную линию можно характеризовать длиной волны X=c/v, волновым числом 1/Л = V1с (с - 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 наз. соответственно дуговыми и искровыми спектрами (нейтральные атомы легко возбуждаются и дают спектры испускания в электрич. дугах, а положит. ионы возбуждаются труднее и дают спектры испускания преим. в искровых электрич. 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, напр., о линиях Fel, Fell, Felll в спектре железа, соответствующих Fe, Fe+, Fe2+.
Линии А. с. образуют закономерные группы, наз. с п е к т р а л ь н ы м и с е р и я м и. Промежутки между линиями в серии убывают в сторону коротких длин волн, и линии сходятся к г р ан и ц е с е р и и. Наиболее прост спектр атома водорода. Волновые числа линий его спектра с огромной точностью определяются формулой Бальмера:
где n1 и n2 - значения главного квантового числа для уровней энергии, между к-рыми происходит квантовый переход
Жёлтая линия в спектре атома Na (дублет X = 5690 А и X =5696 А).
(см. Атом, рис. 1,6). Значение ni = l, 2, 3, ... определяет серию, а значение n2=n1 + 1, Ni + 2, n1+З,... определяет отд. линии данной серии; R - Ридберга постоянная (выраженная в волновых числах). При n1 = l получается серия Лаймана, лежащая в далёкой ультрафиолетовой области спектра, при n1=2 - серия Бальмера, линии к-рой 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+, 1i2+, ...(спектры Hell, Lilll,...).
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 Is2 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 Зр соответствует жёлтая линия Na (д у б л ет X, = 5690А и Х.=569бА; см. рис.), с к-рой начинается т. н. г л а в н а я с е р и я N a, члены к-рой соответствуют переходам между состоянием 3s и состояниями Зр, 4р, 5р,...; граница серии соответствует ионизации атома Na.
Для атомов с двумя или неск. внешними электронами спектры значительно усложняются, что обусловлено взаимодействием электронов. А. с. особенно сложны для атомов с заполняющимися а- 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 п и L (см. Атом) с учётом взаимодействия этих электронов друг с другом. При этом приходится учитывать электростатич. взаимодействия электронов - отталкивание по закону Кулона, и магнитные взаимодействия спиновых и орбитальных моментов (см. Спин, Спин-орбитальное взаимодействие), к-рые 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 (д у б-л е т ы), причём расстояния между мультиплетными уровнями увеличиваются с увеличением атомного номера элемента. У щёлочноземельных элементов наблюдаются одиночные линии (сингулеты) и тройные (т р и п л е т ы). Спектры следующих столбцов таблицы Менделеева образуют всё более сложные мультипле-ты, причём нечётным столбцам соответствуют чётные мультиплеты, а чётным 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 муль-типлетной структуры и исследуется методами радиоспектроскопии.
В А. с. проявляются не все переходы между уровнями энергии данного атома или иона, а лишь вполне определённые, допускаемые (разрешённые) т. н. отбора правилами, зависящими от характеристик уровней энергии. В случае одного внешнего электрона возможны лишь переходы, для к-рых азимутальное квантовое число / увеличивается или уменьшается на 1; правило отбора имеет вид: дl = ±1. В результате s-уровни (l=0) комбинируют с р-уровня-ми (L = 1), р-уровни -с d-уровнями (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 пил.
Количественной характеристикой разрешённого оптич. перехода является его в е р о я т н о с т ь (см. Вероятность перехода), определяющая, как часто этот переход может происходить; вероятность запрещённых переходов равна нулю. От вероятностей переходов зависят и н т е н с и в н о с т и 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 электрич. поля происходит расщепление уровней энергии атома и соответствующее расщепление спектральных линий (см. Зеемана явление я 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), к-рый благодаря высокой чувствительности, быстроте и универсальности завоевал прочное место в металлургии, горнорудной пром-сти, машиностроении и во многих др. отраслях нар. х-ва; 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.. 195U ф р и ш С. Э., Оптические спектры атомов"
М.- Л., 1963; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.
М. А. Ельяшевич.
АТОМНЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ, см. Столкновения атомные.
АТОМНЫЕ ЧАСЫ, часы, ход которых регулируется атомным репером времени (частоты). Подробнее см. Квантовые стандарты частоты, Квантовые часы.
АТОМНЫЙ ВЕС, см. Атомная масса.
АТОМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, см. Ядерная силовая установка.
АТОМНЫЙ ЛЕДОКОЛ "ЛЕНИН", первое в мире судно гражд. назначения с ядерной силовой установкой, созданное в СССР. А. л. "Ленин" спущен на воду 5 дек. 1957; вступил в эксплуатацию в конце 1959. Предназначен для проводки трансп. судов по Северному морскомупути и экспедиц. плавания в Арктике. Осн. характеристики: водоизмещение (без балласта) 16 тыс. т; мощность гл. 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 паропроизводи-тельная установка водо-водяного типа, расположенная в центр. части судна, вырабатывает пар для 4 гл. 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 вспомо-гат. электростанции. Управление механизмами, устройствами и системами - дистанционное. Экипажу созданы хорошие бытовые условия для длительного арктич. плавания. Полностью обеспечивается радиац. безопасность личного состава ледокола и окружающей среды.
А. М. Загю.
АТОМНЫЙ НОМЕР, порядковый номер хим. элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. А. н. равен числу протонов в атомном ядре, к-рое, в свою очередь, равно числу электронов в электронной оболочке соответствующего нейтрального атома. А. н. обозначается через Z. Заряд ядра равен Ze, где е - положит. элементарный электрич, заряд, равный по абс. значению заряду электрона.
АТОМНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, то же, что ядерный ракетный двигатель.
АТОМНЫЙ РЕАКТОР, то же, что ядерный реактор.
АТОМНЫЙ ФАКТОР, величина, характеризующая способность атома рассеивать падающие на него рентгеновские лучи, электроны или нейтроны. А. ф. определяет, в частности, зависимость интенсивности рассеянного излучения от направления падающего пучка.
А. ф. рассеяния рентгеновских лучей fp определяется строением электронной оболочки атома (его "электронной плотностью"). Рассеянием рентгеновских лучей от атомного ядра в этом случае можно пренебречь. А. ф. рассеяния электронов fэл определяется электростатич. потенциалом атомного поля. Атом рассеивает электроны примерно в тысячу раз сильнее, чем рентгеновские лучи. А. ф. рассеяния нейтронов fH определяется взаимодействием их |
