IAEA - International Atomic Energy Agency
IAEA - International Atomic Energy Agency
01/21/2026 | Press release | Distributed by Public on 01/21/2026 10:43
Что такое атом
Share
Что такое атом?
Что есть что в ядерной сфере
Атомы - это фундаментальные «кирпичики» материи. Все, что нас окружает - воздух, вода, камни, растения и животные, - а также мы сами и наше тело состоит из атомов.
21.01.2026
Эмма Миджли, Бюро общественной информации и коммуникации
Атом - это наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем всех его химических свойств. Он состоит из протонов, нейтронов и электронов.
Атомы чрезвычайно малы; это наименьшие частицы химического элемента, сохраняющие все его химические свойства. Древние греки считали, что это самые маленькие существующие частицы, - само слово «атом» на греческом языке означает «неделимый». Толщина человеческого волоса составляет примерно 500 тыс. атомов углерода.
Одиночный атом металла стронция становится видимым, потому что он поглощает свет лазера и затем переизлучает его. Расстояние между электродами на фотографии составляет 2 миллиметра. Фото: Дэвид Нэдлингер / Оксфордский университет
Атомы нельзя увидеть невооруженным глазом или даже при помощи обычного оптического микроскопа, ведь они слишком малы, чтобы отклонять видимые световые волны. Однако атомы можно рассмотреть под электронным микроскопом, который генерирует электронные волны, способные взаимодействовать с атомами. На представленной выше фотографии атом стал «видимым», поскольку он поглотил и затем переизлучил свет лазера.
Как выглядят атомы? На протяжении веков ученые меняли свое мнение. Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Из чего состоят атомы?
Каждый атом состоит из трех типов частиц: протонов, нейтронов и электронов. В центре атома находится плотное ядро, содержащее протоны и нейтроны, при этом оно значительно меньше атома в целом. Если бы ядро атома было размером с игральный кубик, то сам атом был бы величиной со спортивный стадион.
Протоны обладают положительным электрическим зарядом, тогда как нейтроны электрически нейтральны. Ядро не распадается благодаря ядерным силам притяжения. Эти силы связывают протоны и нейтроны на расстояниях, близких к размеру ядра. Ядерные силы на таком расстоянии значительно сильнее электрического отталкивания между протонами (в противном случае из-за одинаковых зарядов они отталкивали бы друг друга). На больших расстояниях ядерное взаимодействие быстро ослабевает до пренебрежимо малой величины.
Количество протонов в ядре атома определяет, каким элементом он является. Например, атом с одним протоном - это водород, а с восемью протонами - кислород.
Ядро атома окружено облаком электронов - отрицательно заряженных частиц. Атомное ядро и электроны связаны благодаря взаимодействию кулоновских сил - сил в физике, определяющих отталкивание или притяжение между подобными заряженными частицами. Однако если электрон получит достаточное количество энергии, то он может отделиться от атома, в результате чего атом превратится в положительно заряженный ион.
Атом в центре логотипа МАГАТЭ содержит четыре электрона - это нейтральный, не являющийся ионом атом бериллия. Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Что такое ионы?
Атомы с одинаковым числом отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов являются нейтральными, поскольку их заряды компенсируют друг друга. Если атом приобретает или теряет электроны, он становится ионом.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Электрическое поле нейтрального атома слабое, а электрически заряженный или ионизированный атом обладает сильным электрическим полем - из-за этого он сильно притягивается к противоположно заряженным ионам и молекулам. Атомы могут ионизироваться при столкновениях с другими атомами, ионами и субатомными частицами. Они могут ионизироваться также под воздействием гамма- или рентгеновского излучения. Ионизирующее излучение - это излучение, обладающее достаточной энергией, чтобы отделить электрон от атома. Кроме того, под воздействием такого излучения может меняться химический состав вещества, что может привести, например, к повреждению ДНК в живых тканях.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Большинство атомов на Земле являются стабильными главным образом благодаря сбалансированному составу частиц (нейтронов и протонов) в их ядре.
Однако в некоторых видах нестабильных атомов число протонов и нейтронов в составе их ядра не позволяет им удерживать эти частицы вместе. В результате такого «распада» атома выделяется энергия в виде излучения (например, альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи или нейтроны), которое - в контролируемых условиях и с соблюдением мер безопасности - можно использовать в различных целях.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Эрнест Резерфорд: изобретатель первого прибора для расщепления ядра
В 1917 году ученый Эрнест Резерфорд обнаружил, что при столкновении пучков радиоактивных альфа-частиц с азотом в газообразном состоянии атом азота расщепляется на кислород и ядро водорода. Эта субатомная частица (ядро водорода) позже была переименована в протон.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Открытие Резерфорда привело к созданию первого ускорителя частиц, который изначально назывался «разрушитель атомов». Благодаря этому мощному прибору можно было при помощи электрического поля разгонять заряженные частицы до высоких энергий по определенной траектории и посредством сильных магнитов создавать пучки одиночных заряженных частиц. Когда такие быстро движущиеся частицы , скорость которых может приближаться к скорости света, попадают в мишень, атомы в мишени расщепляются.
Кроме того, ускорители частиц могут использоваться для создания радиоактивного материала - атомы обстреливают заряженными частицами, чтобы превратить их в другие, нестабильные атомы, например в технеций-99м, применяющийся для медицинской визуализации, или радиоизотопы для таргетной терапии рака.
Сегодня ускорители частиц используются также для стерилизации медицинского оборудования, исследования происхождения Вселенной (например, на Большом адронном коллайдере), анализа проб воздуха, а также для совершенствования материалов и повышения их устойчивости к повреждениям. Существует множество типов ускорителей частиц, включая установки ионной имплантации, электронно-пучковые ускорители, циклотроны, синхротроны, линейные ускорители (линаки) и электростатические ускорители.
Расщепление атома: ядерная реакция деления
В 1930-х годах ученые выяснили, что при бомбардировке определенных атомов урана нейтронами - незаряженными субатомными частицами - они могут распадаться на два осколка и испускать некоторое количество нейтронов с выделением огромного количества энергии. Этот процесс называется делением.
Среди всех природных элементов Земли самым большим атомным номером обладает уран, его ядро содержит 92 протона. Уран-235 делится проще, чем другие изотопы, поскольку его ядро относительно нестабильно и легко поглощает нейтроны, в результате чего оно распадается на два менее тяжелых атома. Однако лишь 0,7% содержащегося в земной коре урана относится к такому делящемуся типу.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Процесс деления может запускать цепную ядерную реакцию. При каждом расщеплении атома урана-235 в среднем высвобождается 2,5 нейтрона. Эти нейтроны, в свою очередь, могут расщеплять другие делящиеся ядра урана, в результате чего высвобождается еще больше нейтронов. Однако изначально эти «быстрые» нейтроны распространяются со слишком большой энергией, из-за чего не могут эффективно инициировать деление. Использование «замедлителей», например воды или графита, позволяет снизить скорость нейтронов. При столкновениях с атомами водорода или углерода нейтроны теряют бóльшую часть своей энергии, превращаясь в «тепловые» или «медленные» нейтроны, которые имеют гораздо больше шансов расщепить другие ядра урана.
На технологии ядерного деления сегодня приходится 10% безуглеродной генерации энергии в мире, поскольку в ходе этой реакции не образуется углекислый газ.
Что происходит с атомами в процессе ядерного синтеза?
Термоядерный синтез - это процесс, в ходе которого два легких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое ядро с высвобождением огромного количества энергии. Эта теория была впервые сформулирована в 1920-х годах.
Термоядерные реакции происходят в материи, находящейся в состоянии плазмы - горячего заряженного газа, состоящего из положительных ионов и свободно движущихся электронов и обладающего уникальными свойствами, отличными от твердых тел, жидкостей или газов.
Инфографика: М. Магнайе/МАГАТЭ
Именно эта реакция служит источником энергии для Солнца и всех остальных звезд. Для осуществления процесса синтеза на Солнце ядра должны сталкиваться при чрезвычайно высоких температурах - порядка ста миллионов градусов Цельсия. Высокая температура дает им достаточно энергии, чтобы преодолеть взаимное электрическое отталкивание. Как только ядра преодолевают это отталкивание и оказываются на очень близком расстоянии друг от друга, ядерные силы притяжения между ними становятся сильнее электрического отталкивания и позволяют им слиться.
Чтобы это произошло, ядра должны находиться в замкнутом пространстве, что увеличивает вероятность их столкновения. На Солнце условия для термоядерного синтеза создаются в результате колоссального давления, создаваемого его мощнейшей гравитацией.
Ресурсы по теме
IAEA - International Atomic Energy Agency published this content on January 21, 2026, and is solely responsible for the information contained herein. Distributed via Public Technologies (PUBT), unedited and unaltered, on January 21, 2026 at 16:43 UTC. If you believe the information included in the content is inaccurate or outdated and requires editing or removal, please contact us at [email protected]