Все, кто поднялся от западных границ до Чукотки. И старики, и дети. Те, кто вел геологические поиски урана, копая рудники, прокладывая дороги, строил заводы новой атомной промышленности, в кратчайшие сроки решал научные и инженерные задачи, добывал атомные секреты. Многие, кто отдал в той великой эпопее труда свои жизни на бурно развернувшихся стройках. Именно все они и защитили нашу Родину.
Деление урана с помощью медленных нейтронов было обнаружено на его изотопе U-235. Но в природном уране его мало – 0,7 процента. Большую часть природного урана составляет U-238, который делится быстрыми нейтронами, но в основном поглощает нейтроны без деления, прерывая цепную реакцию. Поэтому в природном уране получить цепную ядерную реакцию невозможно: она просто затухнет. Чтобы осуществить цепную ядерную реакцию, надо либо увеличивать содержание U-235, либо замедлять нейтроны в зоне реакции.
Первый в мире ядерный реактор («Чикагская поленница»), созданный группой Энрико Ферми, заработал 2 декабря 1942 г. в теннисном зале под трибунами стадиона Чикагского университета. Первый ядерный реактор в Европе – он же второй в мире, был запущен Игорем Курчатовым в Москве в декабре 1946 г. В обоих случаях послойно укладывали графитовые брикеты, внутрь которых вкладывали урановые блочки. Графит действовал как замедлитель нейтронов, поддерживая цепную реакцию.
В современных ядерных реакторах (рис. 13) на медленных нейтронах используется обогащенный уран, на специальных заводах содержание изотопа U-235 увеличивают до 2–4 процентов.
Однако будущее атомной энергетики связывают с реакторами на быстрых нейтронах, на базе U-238. По современным данным, U-235 на Земле хватит для атомной энергетики всего лишь лет на 100, а запасов U-238 – примерно на 2 500 лет. Важно, что в реакторах на быстрых нейтронах можно использовать и обедненный уран – отработанное топливо реакторов на медленных нейтронах. В реакторах на тепловых нейтронах реализуется только несколько процентов природного урана, остальной уран уходит в отработанное топливо. В итоге использование реакторов на тепловых нейтронах требует высокого потребления природного урана и создает проблемы захоронения остатков. А остатки, реализованные как топливо на реакторе на быстрых нейтронах, содержат радиоактивные изотопы с существенно меньшим периодом полураспада (200–300 лет вместо тысяч и сотен тысяч), что упрощает процесс захоронения. Таким образом осуществляется идея перехода на замкнутый цикл использования атомного топлива. Используется также оружейный уран (обогащенный U-235 до 90 процентов и больше), который ликвидируется в рамках международных соглашений о разоружении.
U-238 после захвата нейтрона превращается в U-239, а затем в радиоактивный трансурановый элемент плутоний Pu-239, в ядре которого 93 протона. В плутонии возможна цепная ядерная реакция, т. е. он тоже является ядерным топливом и применяется, в частности, в ядерном оружии (как и U-235). Оружейный плутоний должен содержать преимущественно Pu-239, в среднем 93–94 процента. Его получают на специальных реакторах. Собственно, задачей американских и советских физиков в период холодной войны именно было наработать оружейный плутоний. В июне 1948 г. Курчатовым был запущен на Урале первый в СССР промышленный реактор для получения плутония.
ВОПРОС № 12
Сколько нейтронов в ядре Pu-239?
В ядерных реакторах на быстрых нейтронах (размножителях или бридерах) нового топлива нарабатывается больше, чем расходуется. Игорь Курчатов писал, что получается как бы так, что сожжешь в топке уголь, а выгребешь вместе с золой еще больше угля.
В бридерах может быть использован также торий-232, его на Земле в 3–5 раз больше, чем природного урана. На основе тория получают еще одно ядерное топливо – изотоп U-233.
Первый в мире реактор на быстрых нейтронах был запущен в СССР в 1973 г. Второй энергоблок с реактором на быстрых нейтронах был установлен в 1980 г. на Белоярской АЭС имени И. В. Курчатова. Это вторая по счету АЭС в СССР (запущена в 1958 г.). Реактор продолжает работать до настоящего времени и заслужил мировую известность.
Россия является лидером в проектировании и строительстве реакторов на быстрых нейтронах.
Сейчас примерно половину урана в мире получают современным автоматизированным методом, когда в глубине через породу прокачивают специальные химические реагенты, растворяющие урановые соединения. Себестоимость урана уменьшается вдвое по сравнению с традиционной добычей. При этом почти не нарушается почвенный покров, нет отвалов пустой породы, и после прекращения работ территорию месторождения сразу можно использовать под сельскохозяйственные нужды. Важно, что это радиационно безопасный способ для работающих.
