Но ядерные реакции – явление очень редкое. Иногда нужно послать в цель тысячи и десятки тысяч ядерных «снарядов», чтобы получить одну такую реакцию. И хотя при таком единичном взаимодействии и выделится относительно большое количество энергии, но общая затраченная энергия будет во много раз превосходить полученную.

Чтобы понять, откуда же берётся освобождаемая энергия, отвлечёмся немного от процесса деления ядер и займёмся арифметикой.

На возможность освобождения внутриядерной энергии указал великиё учёный 20-го века Альберт Эйнштейн. Он показал, что масса и энергия – это взаимосвязанные величины.

Изменение массы ядер реагирующих веществ влечёт за собой соответствующее изменение энергии. Эта энергия не существует сама по себе – нет, она обязательно выделяется в виде движения частиц или фотонов.

Количество энергии, связанное с массой, вычисляется таким образом: массу надо умножить на квадрат скорости света в пустоте:

Для того чтобы использовать эту формулу нам придётся ввести величину называемую дефектом массы. Она представляет собой разность между массой ядра, которую мы вычисляем, исходя из содержащихся в нём протонов и нейтронов, и массой, определённой опытным путём. Всегда, когда происходит ядерная реакция, нужно подсчитать массу реагирующих ядер и массу ядер, получившихся в результате реакции.

Такой подсчёт показывает, что иногда энергия должна выделяться при соединении ядер в более тяжёлые (синтез), а иногда при их разбиении на более лёгкие (деление).

Но сначала учёные обнаружили опытным путём и реакцию разбиения лития и реакцию деления тяжёлых ядер, при которых освобождалась энергия. Для того чтобы разбить ядро лития, надо было затратить множество ядерных снарядов. В конечном счёте выделившаяся энергия оказывалась во много раз меньшей затрат, которые пошли на взрыв одного ядра.

в 1934г. учёные обнаружили, а 1939г., наконец, объяснили замечательную реакцию, в которой действительно выделялась внутриядерная энергия, причём происходило это без особенных затрат, за счёт способности нейтронов легко проникать вглубь атомных ядер.

Было открыто деление урана. Ядра тяжёлых элементов, в частности уран, - скопление множества частиц. В него входит 235 или 238 нуклонов. Поэтому такое собрание частиц иногда оказывается недолговечным. Достаточно только одного нейтрона, чтобы случилось неожиданное: ядро урана стремительно распадается на 2 части. И обе половинки – ядра более лёгких элементов – разлетаются в разные стороны, унося с собой выделившуюся в этом процессе энергию.

Так происходит деление одного ядра. При этом выделяется порядочная доза энергии. Однако она велика только с точки зрения мельчайших частиц, участвующих в реакции. Чтобы получить заметный выход энергии, надо разделить миллионы миллиардов ядер урана. Но где взять для этого нейтроны?

Чтобы зажечь костёр, нужны спички. А здесь постоянно потребуются всё новые и новые порции таких спичек, нужно разбивать всё новые и новые ядра урана. Оказалось, что такие нейтроны может поставить сам уран. При делении его ядер, кроме осколков деления, выделяется также и несколько нейтронов – от 2 до 3. Что касается первичных нейтронов, которые должны «зажечь костёр» - начать реакцию, то их тоже не надо искать. Эти частицы может дать все тот же уран.

В 1941г. советские физики Г.Н. Флёров и К.А. Петржак сделали исключительно интересное открытие. Они установили, что обычный уран может делиться сам по себе без воздействия, каких бы то ни было нейтронов. Он и даст первичные нейтроны.

Природный уран содержит в основном 2 изотопа. Это уран – 238 (т.е. изотоп урана с атомным весом 238) и уран – 235. Первый изотоп наиболее распространён, а второго всего лишь 1/140 часть от общей массы природного урана.

Когда стали изучать, какому из них человечество обязано таким эффектом – делением, оказалось, что делятся оба изотопа, но уран – 235 оказался более «покладистым». Он делится нейтронами любых энергий. Ему даже лучше, если скорость невелика, но ядер урана - 235 очень мало. А для деления более распространённого урана – 238 нужны нейтроны очень больших энергий. Более медленные нейтроны, обладающие сравнительно небольшими скоростями, для этого уже непригодны. Появляющиеся при делении нейтроны под влиянием столкновений с ядрами урана быстро теряют скорость, и разделить ядро урана – 238 уже не могут. Правда, они захватываются ураном – 238 и при небольших энергиях.

Только деление тогда не происходит, а образуется трансурановый элемент, которого до открытия деления урана не знали.