Ядерные реакторы - [21]
В качестве источника ядер гелия>4 может быть использован радий или полоний, дающие большое количество альфа-частиц. Такой источник обычно состоит из смеси порошка бериллия с солями радия или полония. Маленькие стеклянные или металлические ампулы наполняются смесью и откачиваются до высокого вакуума. Нейтроны почти без потерь проходят через стенки сосуда. Однако наиболее мощные из современных искусственных источников нейтронов дают всего примерно 10>9 нейтронов в секунду. Но в одном грамме плутония содержится около 3∙10>21 ядер. Легко подсчитать, что даже в том случае, если все добытые нейтроны будут поглощаться ядрами урана>238, нужно миллион лет, чтобы накопить примерно один грамм ядерного горючего — плутония>239.
Для получения нейтронов можно применить очень мощные ускорительные установки, но и в этом случае понадобится 10 лет непрерывной работы для изготовления одного грамма плутония>239 или урана>233. Таким путем нельзя создать запас больших количеств искусственно расщепляющихся материалов.
К счастью, сам цепной процесс дает нам в руки мощное средство для изготовления ядерного горючего. В самом деле, ядерный реактор является мощным источником нейтронов. Легко подсчитать, что на каждый киловатт-час выделенной реактором энергии должно разделиться примерно 10>17 ядер урана>235. Но при каждом делении в среднем освобождается 2,5 нейтрона. При работе уранового котла один из этих нейтронов производит новое деление, то есть идет на поддержание цепной реакции. Из оставшихся 1,5 нейтрона один будет поглощен замедлителем, регулирующими стержнями и примесями, а примерно 0,5 нейтрона поглощается в уране>238 с последующим образованием плутония>239.
Таким образом, даже очень маленький реактор мощностью в один киловатт за один час производит 0,5∙10>17 ядер плутония>239. В одном грамме плутония содержится около 3∙10>21 ядер. Поэтому один грамм нового ядерного горючего образуется за пять — шесть лет.
Если же создать реактор, имеющий тепловую мощность в 1 миллион киловатт, то он даст в сутки около 500 граммов нового ядерного горючего.
Надо учесть, что плутоний и уран — различные химические элементы и их сравнительно легко можно отделять химическими способами. Химическая обработка бывших в работе урановых стержней, в которых образуется плутоний>239, обходится значительно дешевле, чем разделение изотопов.
Таким образом, гораздо выгоднее получать ядерное горючее в ядерных реакторах, нежели производить разделение изотопов урана в весьма сложных и громоздких установках.
Размножающие (бридерные) реакторы. Мы видели в нашем примере, что из 2,5 нейтрона, выделяющихся при делении ядра урана>235, в среднем один нейтрон идет на поддержание цепной реакции, то есть на новое деление. Один нейтрон поглощается или выходит за пределы активной зоны реактора и только 0,5 нейтрона идет на получение плутония>239. Таким образом, каждые два ядра урана>235 дают одно ядро плутония>239, то есть при расщеплении одного килограмма легкого изотопа урана получается 500 граммов искусственного горючего.
Нельзя ли так построить ядерный реактор, чтобы в нем «сгоревший» уран>235 полностью заменялся новым ядерным горючим? Нетрудно догадаться, что в этом случае для получения атомной энергии можно было бы полностью использовать не только ничтожные количества урана>235, но и весь природный уран и торий.
В этом случае имеющиеся на земле запасы ядерного горючего были бы увеличены в несколько сот раз.
Оказывается, это вполне возможно.
Для восстановления ядерного горючего необходимо, чтобы каждое деление урана>235 приводило к образованию хотя бы одного ядра плутония>239 или урана>233. Иначе говоря, один из нейтронов, получившихся при делении, должен быть поглощен ураном>238 или торием>232, которые затем превращаются в ядра плутония>239 или урана>233. Но для существования цепной реакции, как мы знаем, необходим второй нейтрон, который будет производить деление урана>235. Тем самым из образующихся в среднем 2,5 нейтрона при каждом делении два нейтрона должны быть использованы в этих двух процессах. Но в ядерном реакторе имеются различные потери нейтронов, и весьма существенным источником потерь является сам уран>235, так как его ядра могут также поглощать нейтроны. При этом деления не происходит, а образуется ядро изотопа урана>236, излучающее гамма-квант:
Новые нейтроны в этой реакции не освобождаются.
В реакторе, где должно происходить восстановление ядерного горючего, все эти потери не должны превышать 0,5 нейтрона из числа нейтронов, получающихся в каждом акте деления, то есть не больше 20 процентов образующихся в реакторе нейтронов. Очевидно, надо найти возможности существенно уменьшить эти потери. В обычном реакторе с замедлителем, использующим природный уран, они составляют примерно 40–50 процентов всего количества нейтронов деления. Утечку нейтронов можно уменьшить, увеличив размеры котла или применив эффективный отражатель. Но в этом случае будет иметь место поглощение нейтронов в ядрах отражателя и увеличатся потери нейтронов в замедлителе, уране и примесях.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.
Наше здоровье зависит от того, что мы едим. Но как не ошибиться в выборе питания, если число предлагаемых «правильных» диет, как утверждают знающие люди, приближается к 30 тысячам? Люди шарахаются от одной диеты к другой, от вегетарианства к мясоедению, от монодиет к раздельному питанию. Каждый диетолог уверяет, что именно его система питания самая действенная: одни исходят из собственного взгляда на потребности нашего организма, другие опираются на религиозные традиции, третьи обращаются к древним источникам, четвертые видят панацею в восточной медицине… Виктор Конышев пытается разобраться во всем этом разнообразии и — не принимая сторону какой-либо диеты — дает читателю множество полезных советов, а попутно рассказывает, какова судьба съеденных нами генов, какую роль сыграло в эволюции голодание, для чего необходимо ощущать вкус пищи, что и как ели наши далекие предки и еще о многом другом…Виктор Конышев — доктор медицинских наук, диетолог, автор ряда книг о питании.Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г.
Исаак Ньютон возглавил научную революцию, которая в XVII веке охватила западный мир. Ее высшей точкой стала публикация в 1687 году «Математических начал натуральной философии». В этом труде Ньютон показал нам мир, управляемый тремя законами, которые отвечают за движение, и повсеместно действующей силой притяжения. Чтобы составить полное представление об этом уникальном ученом, к перечисленным фундаментальным открытиям необходимо добавить изобретение дифференциального и интегрального исчислений, а также формулировку основных законов оптики.
Петр Ильинский, уроженец С.-Петербурга, выпускник МГУ, много лет работал в Гарвардском университете, в настоящее время живет в Бостоне. Автор многочисленных научных статей, патентов, трех книг и нескольких десятков эссе на культурные, политические и исторические темы в печатной и интернет-прессе США, Европы и России. «Легенда о Вавилоне» — книга не только о более чем двухтысячелетней истории Вавилона и породившей его месопотамской цивилизации, но главным образом об отражении этой истории в библейских текстах и культурных образах, присущих как прошлому, так и настоящему.
Научно-популярный журнал «Открытия и гипотезы» представляет свежий взгляд на самые главные загадки вселенной и человечества, его проблемы и открытия. Никогда еще наука не была такой интересной. Представлены теоретические и практические материалы.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся термоядерными процессами, термоядерным оружием, принципами его устройства и действия. В книге воины Советской Армии и Военно- Морского Флота познакомятся с наиболее мощным современным видом ядерного оружия — термоядерным оружием, а также с защитой от его поражающего действия. При ознакомлении с книгами серии следует учитывать, что международная система единиц СИ была принята только в 1960 году, а в СССР введена 1 января 1963 года, «в качестве предпочтительной»; теория «ядерной зимы» зародилась в 1983–1985 гг.
В настоящей книжке изложены основные вопросы ядерной физики, знание которых необходимо для понимания особенностей ядерной энергии и тех физических принципов, которые используются или предполагаются использоваться в ближайшем будущем для ее производства. Книжка рассчитана на широкий круг военных читателей со средним образованием, стремящихся познакомиться с новой областью науки, имеющей большое практическое значение.
В книге видного советского философа и историка науки Б. Г. Кузнецова рассказывается о жизни и деятельности великого русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева. Автор показывает сложный образ революционера в науке, величайшего химика, выдающегося технолога, патриота своей страны. Популярно излагается суть открытий и достижений ученого, их значение для развития современной науки, производства и военного дела.
Открытые в начале XX века ультразвуки нашли широкое применение в самых разнообразных областях науки и техники. Они помогают обнаруживать подводные лодки и различные препятствия на дне морей и рек, используются для промера глубин, для контроля качества металлических конструкций и деталей, для очистки воздуха, в медицине и фармацевтической промышленности и т. д. О том, что такое ультразвуковые волны, о способах их получения, свойствах и применении и рассказывает книга специалиста в области ультразвуков профессора доктора химических наук Бориса Борисовича Кудрявцева «О неслышимых звуках».