Vladimir Alekseevich Leshkovtsev (16/08/1922—25/05/2015)

6

KVANT 2015/№3

K.Yu. Bogdanov, chúng tôi đã gặp một nỗ lực khác nhằm giải thích hiệu ứng bằng các hạt nhỏ. Đã có một cuộc thảo luận về việc rót trà từ từ từ bình có vòi (hình7). Hai dòng điện ngược chiều hình thành ở trung tâm và dọc theo các cạnh (mũi tên đen). Những dòng hải âu di chuyển trong đó có thể nhìn thấy những dòng chảy này. Và đây là $там^{1}$ lời giải thích được đưa ra: “Lá trà mate khá dễ nổi ngược dòng khi đổ nước sạch từ độ cao nhỏ vào. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng bất thường là do toàn bộ chất lỏng (mate + tia + nước ở cốc trên) muốn giảm năng lượng bề mặt của nó. Sức căng bề mặt của mate thấp hơn so với nước tinh khiết. Do đó, các chất hoạt động bề mặt từ mate sẽ chảy ngược lên dòng, mang theo lá trà. Rõ ràng, điều tương tự sẽ xảy ra nếu bạn lấy thay vì mate bạn lấy dung dịch xà phòng với lá trà.” Giá trị của hệ số sức căng bề mặt của loại trà này không được ước tính và không được đưa ra.

1 Địa chỉ: http://www.sciencenews.org/view/generic/id/

351383/description Particles_defy_gravity_float_upstream

Trong khi đó, hành vi tương tự có thể được quan sát không chỉ với trà mate, mà còn với cà phê, trà thông thường và đơn giản là với nước đục. Rõ ràng, tác giả đã thu hút sự chú ý đến hành vi đó một cách chính xác trong những trường hợp này. Theo chúng tôi, hiện tượng này có thể giải thích bằng cách quan sát chuyển động của lá trà. Mũi tên của chúng tôi, hiển thị chuyển động của lá trà (không phải nước!), được đánh dấu màu đỏ trên hình 7. Lý do chính giống như hiện tượng chúng tôi mô tả. Thật vậy, trong dòng chảy này, có thể phân biệt hai hướng vuông góc với nhau: dọc theo dòng chảy và xuyên qua nó. Bên kia dòng chảy, mặt khum được tạo ra do tính thấm ướt của chất lỏng và do đó lá trà di chuyển ra mép bình. Theo phương dọc, lá trà bị dòng nước cuốn đi nhưng mặt khum ở mép lại lồi lên. Lá trà mặc dù cản trở dòng chảy nhưng có xu hướng di chuyển về phía sau - tránh xa chỗ phồng lên. Do đó, khi chất lỏng được xả cẩn thận, người ta quan sát thấy dòng chảy ngược. Bạn có thể đưa ra lời giải thích nào, độc giả thân mến?

Vladimir Alekseevich Leshkovtsev (16/08/1922–25/05/2015)

Vào ngày 25 tháng 5 năm 2015, nhân viên lớn tuổi nhất của tạp chí chúng tôi, Vladimir Alekseevich Leshkovtsev, đã qua đời. Ý tưởng thành lập tạp chí «Kvant» đã có hơn nửa thế kỷ nhưng nó chỉ được xuất bản sau vài năm chuẩn bị kỹ càng và tuyển chọn kỹ lưỡng ban biên tập và nhân viên biên tập. Để «Kvant» được “phát hành” đều đặn, tháng này qua tháng khác, không chỉ cần đến nỗ lực sáng tạo của các tác giả và các thành viên ban biên tập mà còn phải có khả năng của đội ngũ biên tập trong việc đảm bảo quá trình xuất bản không bị gián đoạn. Một trong những người chịu trách nhiệm xuất bản từ số đầu tiên của tạp chí trong hai mươi năm là Vladimir Alekseevich Leshkovtsev, phó tổng biên tập toàn thời gian. Thật khó để nói Vladimir Alekseevich không biết ai ở Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô, những người sáng lập tạp chí. Những mối quan hệ cá nhân gần gũi, theo đúng nghĩa đen của ông với một số lượng lớn các nhà khoa học và giáo viên đã giúp ích rất nhiều trong lời giải những vấn đề phức tạp khi xuất bản tạp chí. Tuy nhiên, Vladimir Alekseevich không chỉ tham gia vào “công việc thường ngày” - các bài viết của ông về lịch sử vật lý Liên Xô, các bài phê bình và phê bình các cuốn sách khoa học phổ thông, các bài xã luận liên quan đến những ngày tháng đáng nhớ liên tục xuất hiện trên các trang «Kvant». Chuyên môn của Vladimir Alekseevich là phần “Góc của nhà sưu tập tem”, nơi trưng bày toàn bộ bộ sưu tập tem về các chủ đề khoa học và kỹ thuật. Người ta không thể không nhắc đến công việc tích cực của ông với tư cách là một trong những giảng viên giỏi nhất của Hiệp hội toàn Liên minh “Znanie”; các nhân viên của «Kvant» đã có may mắn khi liên tục bị thuyết phục về kỹ năng hùng biện của anh ấy mà không cần rời khỏi nơi làm việc của họ. Những người mà số phận đã gắn bó với Vladimir Alekseevich Leshkovtsev sẽ không quên công việc chung, sự giao tiếp bí mật với ông, những bài học khôn ngoan của ông, giá trị của chúng chỉ tăng lên theo thời gian.

12

KVANT 2015/№3

trong đó $\alpha, \beta$ và $\gamma$ là một số hằng số. Công thức này mô tả khá rõ đường cong thực nghiệm về sự phụ thuộc của năng lượng liên kết riêng vào số khối, mặc dù chúng ta đã bỏ qua việc xem xét một số đóng góp khác, ít quan trọng hơn, cho năng lượng này. Đường cong này cho thấy rõ rằng ban đầu, khi số khối A tăng thì năng lượng liên kết tăng nhanh. Ở đâu đó ở phần giữa của bảng tuần hoàn, nó đạt mức tối đa và sau đó bắt đầu giảm dần.

Đồ thị năng lượng liên kết riêng (mỗi nucleon) theo số khối

Bây giờ chúng ta hãy xem xét quá trình phân hạch hạt nhân. Để hạt nhân “thả”, sau khi hấp thụ neutron đi vào nó từ bên ngoài, bắt đầu dao động và đến một lúc nào đó giãn ra. Một giọt hình cầu có diện tích bề mặt tối thiểu đối với một thể tích nhất định. Đối với một giọt kéo dài, năng lượng bề mặt tăng lên và năng lượng liên kết lõi giảm tương ứng. Mặt khác, khi hạt nhân bị kéo căng, khoảng cách trung bình giữa các nucleon tăng lên và năng lượng lực đẩy tĩnh điện của chúng giảm, do đó năng lượng liên kết sẽ tăng lên. Nếu tương tác tĩnh điện thắng trong cuộc đấu tranh này thì hạt nhân sẽ vỡ ra; nếu có sức căng bề mặt thì lõi sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Sự phân hạch của hạt nhân nặng do bị neutron bắn phá

Từ biểu thức thu được cho $E_{св}$, rõ ràng số phận của hạt nhân phụ thuộc phần lớn vào số lượng proton Z và tổng số nucleon A. Khi số nguyên tử của một nguyên tố tăng, năng lượng lực đẩy tĩnh điện tăng nhanh hơn năng lượng bề mặt, do đó chỉ những hạt nhân nặng mới có thể phân hạch. Hơn nữa, sự phân hạch của hạt nhân nặng có thể tự phát hoặc dưới tác động của sự bắn phá neutron. Sự phân hạch tự phát trong quá trình tồn tại

Trái đất đã dẫn đến thực tế là không còn nguyên tố siêu urani nào trong tự nhiên; bây giờ chúng chỉ có thể có được một cách giả tạo. Nhưng trong quá trình phân hạch hạt nhân, do bị bắn phá bởi neutron, luôn có thêm một số neutron được phát ra (đối với uranium, thường là 2-3). Ngược lại, những neutron này có thể gây ra phản ứng phân hạch hạt nhân sâu hơn, thậm chí sẽ xuất hiện nhiều neutron tự do hơn, v.v. - một phản ứng dây chuyền ngày càng tăng sẽ xảy ra. Chính việc triển khai thực tế một phản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân như vậy, kèm theo việc giải phóng một lượng nhiệt năng khổng lồ, đã bác bỏ dự đoán bi quan của Rutherford. Tuy nhiên, quá trình tự duy trì này chỉ xảy ra nếu khối lượng của mẫu uranium vượt quá một giá trị “ tới hạn” nhất định. Thật vậy, nếu khối lượng của mẫu được chọn nhỏ thì mỗi neutron phát ra trong quá trình phân hạch hạt nhân có khả năng cao sẽ rời khỏi thể tích của nó trước khi va chạm với hạt nhân khác và gây ra phản ứng phân hạch mới. Nếu khối lượng của mẫu vượt quá giá trị tới hạn thì phản ứng dây chuyền sẽ “tăng tốc”: trên một đơn vị thời gian, ngày càng có nhiều phản ứng phân hạch hạt nhân xảy ra, dẫn đến giải phóng nhiệt ngày càng nhiều. Nếu không kiểm soát được nhiệt độ thì chắc chắn sẽ xảy ra vụ nổ. Việc ước tính khối lượng tới hạn của uranium-235 cần thiết để bắt đầu một phản ứng dây chuyền đã trở thành một thách thức quan trọng đối với các nhà vật lý ở cả hai phía mặt trận trong Thế chiến thứ hai. Có vẻ như người Đức, bao gồm cả Werner Heisenberg vĩ đại, đã đánh giá quá cao giá trị này - quả bom tạo ra đối với họ dường như quá nặng để có thể chuyển tới mục tiêu bằng máy bay. Có lẽ đó là lý do tại sao dự án nguyên tử của họ hóa ra chỉ là một trong nhiều hướng tạo ra “vũ khí kỳ diệu” (wunder waffe). Ở bên kia eo biển Manche, nhà vật lý gốc Đức Rudolf Peierls, người di cư từ Đức sang Anh khi Hitler lên nắm quyền vào năm 1933, đã đưa ra những kết luận lạc quan hơn nhiều khi đánh giá độ lớn của khối lượng tới hạn. Ông thậm chí còn công bố các tính toán của mình, nhưng không có gợi ý khả năng áp dụng những kết quả này vào quân sự. Điều thứ hai, trong khi đọc tác phẩm của Peierls, đã xảy đến với Otto Frisch, một nhà vật lý người Áo cũng đã di cư sang Anh. Năm 1940, Frisch và Peierls viết một bản ghi nhớ, lần này được giữ bí mật tuyệt đối, được trình lên chính quyền Anh. Trong tài liệu này, các tác giả đã mô tả các giai đoạn chính của quá trình chế tạo bom nguyên tử và đánh giá sức công phá của nó. Chẳng bao lâu sau, quân Đồng minh bắt tay vào kinh doanh một cách nghiêm túc và một chương trình nghiên cứu hạt nhân hoành tráng đã được phát triển - Dự án Manhattan. Nó bắt đầu ở Hoa Kỳ vào năm 1942 và được thực hiện trong vòng ba năm nhờ nỗ lực của một nhóm lớn các nhà khoa học, trong đó, ngoài Frisch và Peierls, còn có những bộ óc xuất chúng như Enrico Fermi, Robert Oppenheimer, Richard Feynman và nhiều người khác. Vụ nổ hai quả bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki vào tháng 8 năm 1945 đã kết thúc Chiến tranh thế giới thứ hai và bắt đầu kỷ nguyên nguyên tử trong lịch sử loài người. Hiện nay, phản ứng phân hạch hạt nhân đang tìm được ứng dụng hòa bình trong lĩnh vực năng lượng của nhiều quốc gia. Quá trình chuyển đổi năng lượng hạt nhân thành năng lượng điện dễ sử dụng xảy ra theo quy luật như sau. Trong lò phản ứng, nhiên liệu hạt nhân, thường là uranium, bị phân hủy thành hạt nhân của các nguyên tố nhẹ hơn trong bảng tuần hoàn khi bị neutron bắn phá. Với mỗi hành động phân chia như vậy, năng lượng đáng kể sẽ được giải phóng - và đây là bản chất của quá trình.