Искусственное Солнце - [15]
Легендарный Прометей, подарив человеку огонь, видимо, сразу рассказал, как им надо пользоваться. Было бы совсем неплохо, если бы он заодно вручил людям первую противопожарную инструкцию. Ведь мало пользы уметь только зажечь пламя, не зная, как его уменьшить, увеличить или погасить. И издревле человек в совершенстве овладел стихией огня, подчинил ее себе.
А как обстоит дело с подчинением нового, в миллиарды раз более сильного огня — атомной стихии?
Мы видели, что в случаях радиоактивности и взрыва атомной бомбы ядерная энергия выделяется совершенно независимо от воли человека. Единственное, что он может сделать, — это дать первоначальный толчок: скажем, включить механизм, соединяющий куски урана. А дальше процесс вырывается из-под контроля и развивается сам собой. Вещество неудержимо «падает» в «потенциальную яму», в «колодец устойчивости». Замедлить падение невозможно, как невозможно одному путнику остановить лавину в горах. Точно так же нельзя ускорить медлительные «шаги» атомных ядер по «лестницам радиоактивности», даже если эти «лестницы» построены человеком. Но отсюда вовсе не следует, что контроль за ядерными процессами невозможен.
Еще до создания первой атомной бомбы физики научились управлять цепной реакцией деления урановых ядер. Спокойно и послушно воле людей она может идти в специальной установке — ядерном реакторе, или, как иногда говорят, атомном котле.
Устроены ядерные реакторы весьма разнообразно, но в принципе не очень сложно.
Широко описан, например, первый в СССР и в Европе реактор, который представляет собой просто кладку графитовых кирпичей со вставленными в них цилиндрическими столбиками природного урана. Сверху через специальные каналы в кладку можно было вводить регулирующие стержни из материала, жадно поглощающего нейтроны.
Как действует такая установка?
Из-за редких самопроизвольных делений ядер в уране всегда блуждают нейтроны. И, понятно, чем массивнее кусок урана, тем больше в нем блуждающих нейтронов. Но в природном уране они не вызывают цепной реакции. Почему?
Потому что они движутся со слишком большой скоростью.
Дело в том, что естественный уран в основной своей массе состоит из изотопа с атомным весом 238, а его атомные ядра жадно поглощают такие быстрые нейтроны, выводят их из игры.
Между тем, если бы нейтронов хватило, цепная реакция могла бы отлично развиваться на редко встречающихся, но легко делящихся ядрах урана-235.
Как же унять аппетит урана-238, заставить его отказаться от чересчур обильного пожирания нейтронов?
Средство есть. Надо сделать эти нейтроны для него «несъедобными»!
Физики выяснили любопытный факт: урану-238 по вкусу главным образом быстрые нейтроны, а те, что движутся медленнее, он поглощать не любит. Значит, для спасения нейтронов от массовой гибели в уране-238 их нужно каким-то способом замедлить.
Графит в реакторе и играет роль спасителя — замедлителя нейтронов. Сталкиваясь с ядрами его атомов, нейтроны теряют скорость. Кстати сказать, этот графит должен быть тщательнейшим образом очищен от примесей. Даже ничтожные загрязнения способны превратить его из замедлителя в такого же пожирателя нейтронов, как уран-238.
Итак, в системе «природный уран плюс графит» появляются медленные нейтроны. Ядра урана-235 делятся ими гораздо лучше, чем быстрыми. Быстрый нейтрон часто может «прострелить» ядро урана-235, не вызвав никаких последствий, а медленный почти всегда застревает в этом ядре и расщепляет его. В итоге цепная реакция становится вполне возможной.
Остается пояснить, как ею управляют.
Для этого служат стержни из соединений кадмия и бора, которые, как мы помним, можно опускать внутрь уран-графитовой кладки.
Кадмий и бор обладают способностью очень сильно поглощать нейтроны, причем, в отличие от урана-238, любые — и быстрые и медленные. Выдвигая эти стержни из реактора, мы постепенно наращиваем нейтронный поток и даем начало цепному процессу. Манипулируя стержнями, мы по желанию усиливаем или ослабляем реакцию и при любой необходимости останавливаем ее. Тем самым мы регулируем количество выделяемой энергии.
Как мы теперь видим, расщепление атомных ядер вполне подвластно воле человека.
Кроме уран-графитового, существует немало других типов реакторов. Интересны котлы на быстрых нейтронах, в которых не только «сгорает» уран-235, но одновременно из урана-238 вырабатывается новое ядерное горючее—плутоний-239. Академик И. В. Курчатов однажды сравнил такую установку с чудесной печкой, из которой вместе с золой можно выгрести больше топлива, чем сгорело.
На первый взгляд, это невозможно.
Но такие установки уже созданы.
Мы уже знаем, что уран-238 вбирает в себя быстрые нейтроны. Так вот, поглотив эту частицу, урановое ядро превращается в очень неустойчивое ядро урана-239. Примерно через 23 минуты это ядро распадается и, дважды испустив электрон и нейтральную частичку нейтрино, переходит в ядро зауранового элемента — плутония-239. Плутоний и служит новым ядерным горючим, которое делится нейтронами не хуже урана-235.
С расчетом на такое «воспроизводство» ядерного горючего реактор приходится строить своеобразно. Прежде всего он должен работать на быстрых нейтронах (ведь только они входят в «рацион» урана-238). Как этого добиваются? Вот простейший способ.
