Тезис о неизменности периода полураспада, – категорической и полной невозможности заставить изотопы распадаться быстрее, – вызывает ненависть не всегда. Но регулярно, – в случаях, когда речь заходит об изотопном датировании. Тогда-то всплывает довод о ядерной бомбе, – как доказательстве того, что распад ядер можно спровоцировать – ускорить. Однако, период полураспада и цепная реакция – из разных сказок.
Если взять уран-235, то время жизни изотопа составит 700 миллионов лет. Именно за такой срок альфа-распаду с образованием ядра тория-231 и ядра гелия подвергнется половина ядер. Причём, изменить данный показатель нельзя никак. Потому что, вынужденный распад – это другой распад. По другому механизму и с другим результатом. Случайным. К настоящему моменту среди продуктов вынужденного распада урана найдено 300 различных изотопов, большей частью короткоживущих и в природе не встречающихся. Но ни гелий, ни торий в этом списке не фигурируют.
Это, в принципе, должно быть общеизвестно. Интереснее, однако, другое. Помимо альфа-распада – с крайне малой вероятностью – уран может распасться и с испусканием изотопов неона или магния, переходя, соответственно, в свинец или ртуть. Такая судьба постигает одно из 10 миллиардов ядер. Иногда же что-то может пойти совсем не так, и ядро просто развалится с образованием случайного набора осколков. Именно, как при распаде вынужденном. Однако, как спонтанный, так и кластерный распад, лишь варианты «планового» альфа-распада, происходящего независимо от внешних условий, а просто с некоторой вероятностью в единицу времени. Существует вероятность, что не локализованные в пространстве нуклоны обнаружатся за пределами потенциальной ямы ядра. Обычно, это оказывается неразлучная группа из пары протонов и пары нейтронов – альфа-частица. Но в одном случае на 10 миллиардов нуклоны могут вывалится из ядра и «кластером» (ядром неона-20) или просто беспорядочной толпой.
Если же брать не только уран, то видов «планового» распада ядер довольно много. Это протонный и нейтронный распад, – с испусканием, соответственно, протона или нейтрона. «Двойной протонный» и такой же нейтронный. Бета распад, при котором число нуклонов в ядре не меняется, но один протон превращается в нейтрон или наоборот. Двойной бета распад и электронный захват… Собственно, являющийся своего рода «антираспадом». Той же магией нелокализованности частиц электрон из оболочки может быть обнаружен внутри ядра… И как «обнаружен»? Вступить в реакцию с протоном, ведущую к взаимной нейтрализации заряда и образованию нейтрона.
...Вынужденный распад, соответственно, – другое. В общем случае, ядро – даже стабильное, – может распасться, захватив нейтрон или протон, с образованием нестабильного, короткоживущего изотопа. Но и тут неуместно говорить об изменении времени жизни, так как распадаться-то, – каким-то из вышеописанных способов, причём, почти всегда строго определённым, – будет уже новый изотоп. Кроме того, поглощение нейтронов может вызвать эффект наведённой радиоактивности, однако, – не цепную реакцию.
Цепной же реакции подвержены лишь шесть из открытых на данный момент изотопов. Выделяющихся из общей массы тем, что сценарий их распада определён – не строго. А с вариантами. Вместо альфа или бета-распада с некой вероятностью может произойти кластерный или даже вдребезги полный – «спонтанный». Таких изотопов вообще очень мало: попадаются они у урана, плутония, тория, плюс ещё кюрия и калифорния. Совпадение, таким образом, явно не случайно. Между способностью изотопа распадаться как попало, – без плана, – и его способностью деления по цепному механизму должна быть связь…
Ну, связь есть. Во-первых, цепная реакция подразумевает, что ядро, распадаясь, испускает нейтроны, которые приводят к новым распадам. Однако, ни один из изотопов «плановым образом» распадающихся с эмиссией нейтронов, не захватывает нейтроны… Ведь если бы он их захватил, то стал бы другим изотопом с другим же сценарием деления.
…Собственно, в этом-то и изюминка. Уран-235 может – с очень низкой вероятностью – захватывать нейтроны, предсказуемо превращаясь при этом в уран-236 с временем жизни 23 миллиона лет и склонностью к альфа-распаду. Для того, чтобы спровоцировать вынужденный распад, при котором образуются новые нейтроны, первый нейтрон поглотиться не должен. Он лишь ударяет в ядро, «возбуждая» его.
Способность к распаду по цепному механизму можно понять, как очень специфическую форму неустойчивости ядра. В рамках «матрёшечной модели», представляющей нуклоны ядра вложенными друг в друга, дополнительная энергия (передать её может только нейтрон, так как заряженная частица не пробьётся сквозь кулоновский барьер, а гамма-квант слишком «велик», чтобы попасть по конкретному нуклону) приводит к увеличению массы – сжатию – одной из «оболочек». Но если «внутри» её нет места? Вся конструкция разваливается.
Поглощение же нейтрона с образованием 236 изотопа означает, что новый нуклон нашёл себе место в строю.