Малоизученным, но важным в экологическом отношении природным процессом глобального масштаба являются фотохимические реакции в атмосфере и на поверхности Земли. Особенно это касается сильно за­грязненной приземной атмосферы мегаполисов, крупных городов и про­мышленных центров, в которых часто наблюдаются смоги.

Следует учитывать воздействие на атмосферу космических тел в виде комет, метеоритов, болидов и астероидов. Тунгусское событие 1908 года показывает, что оно может быть интенсивным и иметь глобальный масштаб.

Природные загрязнители приземной атмосферы представлены глав­ным образом оксидами азота, серы, углерода, метаном и другими угле­водородами, радоном, радиоактивными элементами и тяжелыми метал­лами в газообразной и аэрозольной формах. Твердые аэрозоли выбра­сываются в атмосферу не только обычными, но и грязевыми вулканами.

Специальными исследованиями установлено, что интенсивность аэ­розольных потоков грязевых вулканов Керченского полуострова не ус­тупает таковой "спящих" вулканов Камчатки. Результатом современной флюидной активности Земли могут быть сложные соединения типа пре­дельных и непредельных полициклических ароматических углеводоро­дов, сульфида карбонила, формальдегида, фенолов, цианидов, аммиаков. Метан и его гомологи зафиксированы в снеговом покрове над месторождениями углеводородов в Западной Сибири, Приуралье, на Украине. В урановой провинции Атабаска (Канада) по высоким концентрациям урана в хвое черной канадской ели обнаружена Уолластоунская биохи­мическая аномалия размером 3 000 км2, связанная с поступлением в при­земной слой атмосферы урансодержащих газовых эманации по глубин­ным разломам.

При фотохимических реакциях образуются озон, серная и азотная кислоты, разнообразные фотооксиданты, сложные органические соеди­нения и эквимолярные смеси сухих кислот и оснований, атомарный хлор. Фотохимическое загрязнение атмосферы заметно возрастает в дневное время и в периоды солнечной активности.

В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного про­изводства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Тяжелые металлы находятся в приземной атмосфере Подмосковья преимущественно в га­зообразном состоянии и поэтому их нельзя уловить фильтрами. Твердые взваленные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными метода­ми обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых ме­таллов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

БАРАБАННАЯ ПЕЧЬ , то же, что вращающаяся печь.

ХАЛЬКОПИРИТ (медный колчедан) , минерал класса сульфидов, CuFeS2. Примеси Se, Zn, Tl, Ag, Au и др. Латунно-желтые зернистые массы, реже кристаллы или почковидные агрегаты. Твердость 3,5-4; плотность 4,1-4,3 г/см3. Самый распространенный медный минерал. По происхождению магматический, контактово-метасоматический, чаще всего гидротермальный. Важнейшая руда меди.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ (атомная энергия) , внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при ядерных превращениях (ядерных реакциях). Энергия связи ядра. Дефект массыНуклоны (протоны и нейтроны) в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Чтобы удалить нуклон из ядра, надо совершить большую работу, т. е. сообщить ядру значительную энергию. Под энергией связи ядра понимают энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. На основании закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия связи равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергия связи атомных ядер очень велика по сравнению с энергией связи электронов с атомным ядром.Определить энергию связи ядра можно, зная массу ядра и массы частиц - протонов и нейтронов, из которых оно состоит. Существует т. н. дефект массы: масса покоя ядра всегда меньше суммы масс покоя входящих в него нуклонов. Энергия связи ядер вычисляется с помощью известного соотношения Эйнштейна для связи энергии Е и массы m: E = m/c2 (где с - скорость света) и равна произведению дефекта массы (т. е. суммарной массы свободных нуклонов минус масса ядра) на квадрат скорости света.Удельная энергия связиВажную информацию о свойствах ядер дает знание удельной энергии связи ядра, т. е. энергии связи, приходящейся на один нуклон. Она определяется делением энергии связи на массовое число, равное числу нуклонов в ядре. С увеличением массового числа удельная энергия связи, начиная с гелия, сначала слабо растет, достигает максимума в области железа (массовое число 56), после чего плавно снижается. Для большинства химических элементов (за исключением самых легких ядер) эта энергия примерно равна 8 МэВ/нуклон. Наиболее устойчивыми являются ядра, обладающие самой большой удельной энергией связи, т. е. железо и близкие к нему химические элементы периодической системы.Рост энергии связи легких элементов с увеличением атомного номера происходит из-за того, что значительная доля нуклонов этих элементов находится на периферии ядра. Каждый нуклон из-за короткодействия ядерных сил взаимодействует лишь с небольшим числом соседних нуклонов, и чем меньше массовое число, тем меньше число нуклонов участвует в полноценной ядерной связи со своими соседями. Уменьшение удельной энергии связи у тяжелых ядер обусловлено растущей с увеличением атомного номера энергией отталкивания протонов и означает относительную неустойчивость таких ядер. Становится энергетически выгодно их деление. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза - слияния легких ядер; и те, и другие реакции сопровождаются выделением энергии.Механизм деления ядерВ тяжелых ядрах, наряду с большими силами электрического отталкивания, стремящимися разорвать ядро на части, действуют еще значительные ядерные силы, которые удерживают ядро от распада.Под влиянием поглощенного нейтрона ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Оно растягивается до тех пор, пока силы отталкивания половинок ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. В результате ядро разрывается на две части (так называемые осколки). Под действием кулоновского отталкивания осколки разлетаются со скоростью, равной 1/30 скорости света; одновременно испускается излучение высокой частоты. Большая часть выделяемой энергии приходится на кинетическую энергию осколков.Ядерная цепная реакцияНе все ядра способны к делению. Наиболее легко делится изотоп урана 23592U, составляющий всего 1/140 от более распространенного изотопа 23892U. Это деление вызывается как медленными, так и быстрыми нейтронами, попавшими в ядро. При каждом акте деления ядра испускается 2-3 нейтрона, которые в свою очередь могут вызывать деление других ядер. В результате возникает ядерная цепная реакция. Она сопровождается выделением огромной энергии. При делении одного ядра выделяется около 200 МэВ. При полном же делении ядер, находящихся в 1 г урана, выделяется энергия 2,3*104 кВтч. Это эквивалентно энергии, получаемой при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.Управляемая реакция деления ядер используется в ядерных реакторах. Вероятность захвата ядрами урана медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов. Лучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода. Хорошим замедлителем считается также графит, ядра которого не поглощают нейтронов. Цепная реакция начинает идти, как только масса делящегося вещества превышает некую критическую массу. Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор, являющиеся хорошими поглотителями нейтронов.Неуправляемая цепная реакция осуществляется в атомной бомбе. Для того, чтобы происходило практически мгновенное выделение энергии (ядерный взрыв), реакция должна идти на быстрых нейтронах (без замедлителей). Взрывчатым веществом служит чистый уран 23592U или плутоний 23994Pu.Термоядерные реакцииВыделение энергии при слиянии ядер легких атомов дейтерия, трития или лития с образованием гелия происходит в ходе термоядерных реакций. Эти реакции называются термоядерными, так как могут протекать лишь при очень высоких температурах. В противном случае, силы электрического отталкивания не позволяют ядрам сблизиться настолько, чтобы начали действовать ядерные силы притяжения. Реакции ядерного синтеза являются источником звездной энергии. Эти же реакции протекают при взрыве водородной бомбы.Осуществление управляемого термоядерного синтеза на Земле сулит человечеству новый, практически неисчерпаемый источник энергии. Наиболее перспективна в этом отношении реакция слияния дейтерия и трития. Экономически выгодная реакция может идти только при нагревании реагирующих веществ до температуры порядка 108 К при большой плотности вещества (1014-1015 частиц в 1 см3). Такие температуры могут быть достигнуты путем создания в плазме мощных электрических разрядов. Основная трудность заключается в том, чтобы удержать плазму столь высокой температуры внутри установки в течение 0,1-1,0 с. Из-за неустойчивости высокотемпературной плазмы эта задача пока остается нерешенной, и в качестве промышленного источника ядерной энергии в настоящее время используются только реакции деления ядер.Литература:Ландау Л. Д., Смородинский Я. А. Лекции по теории атомного ядра. М., 1955.Давыдов А. С. Теория атомного ядра. М., 1958.Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. М., 1980.Г. Я. Мякишев