Первооткрыватели. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый
Для работы атомной электростанции нужен, главным образом, 235-й изотоп урана. Его ядра более нестабильны, то есть соединены слабее, чем ядро урана-238; такое ядро можно поделить медленным нейтроном, причем с большой вероятностью. Быстрые нейтроны способны вызывать деление ядер и 235-го, и 238-го изотопов, но вероятности таких процессов малы.
Чаще всего природный уран перед загрузкой в реактор обогащают, специальным образом отсеивая часть атомов 238-го изотопа.
– Теперь вы понимаете, почему содержание 235-го изотопа в природном уране так важно?
– Понимаем! – ответил за двоих Андрей. – Но мы не понимаем другое: почему ядро урана-235 можно разделить медленным нейтроном, а 238-го нельзя? И почему вероятность поделить ядро медленным нейтроном больше, чем быстрым?
– Чтобы ответить на эти вопросы, наша сказка должна растянуться как минимум на полгода, – улыбнулся профессор Хао. – В этом случае она будет называться «Курс ядерной физики».
– Но скажите хотя бы, откуда берутся нейтроны для деления ядер урана? Ведь Сверхновая поблизости не взрывается!
– Это просто. При делении каждого ядра урана вылетает два или три новых нейтрона, и их можно использовать для того, чтобы вызвать деление соседних ядер. То есть сами ядра урана при развале порождают нейтроны, которые используются для развала других ядер. Это называется цепной ядерной реакцией.
Профессор сделал вопросительную паузу, но новых детских вопросов не последовало.
Итак, согласно измерениям Бужигеса, процент урана-235 в исследованной им партии руды составлял не 0,720 %, а всего 0,717 %. Речь идёт о разнице в три тысячных процента! Но Бужигес оказался внимательным человеком, придавшим этой «недостаче» большое значение. Выходит, в давние времена кто-то в Африке жег урановое топливо в ядерных реакторах и израсходовал часть драгоценного 235-го изотопа.
Галатея и Андрей взволнованно переглянулись, и Хао довольно улыбнулся.
– Наверное, вы подумали про древних инопланетян?
В Африку снарядили экспедицию, которая обнаружила, что изменение изотопного состава в урановой жиле в Габоне вызвано работой древних ядерных реакторов, которые существовали почти 2 миллиарда лет назад и изменили изотопный состав урановой жилы.
Африканские атомные реакторы – их в Габоне открыли около двух десятков – оказались созданы не инопланетянами, а самой природой. Два миллиарда лет назад содержание в урановой жиле легкоделящегося урана-235 достигало 3 %. Кроме того, урановая жила в Габоне располагалась возле речки, а вода является естественным замедлителем нейтронов.
– Это что такое?
– Нейтроны, рождающиеся при делении ядер, быстрые. А делить ядра урана-235, как мы помним, лучше медленными. Поэтому, чтобы организовать цепную реакцию, родившиеся нейтроны нужно замедлить – уменьшить их скорость. Таким замедлителем в реакторах, созданных человеком или природой, может служить вода.
Когда-то на отмели африканской речки распад ядер урана в природной жиле рождал нейтроны, они уменьшали свою скорость, проходя через мокрый грунт, и делили другие ядра урана-235, вызывая новые распады. В результате урановая жила метровой толщины в течение получаса разогревалась до тепловой мощности в сотню киловатт…
– Это мощность сотни комнатных электрокаминов! – воскликнул Андрей.
– …пока грунтовые воды не закипали и не испарялись. При исчезновении замедлителя реактор угасал и остывал два с половиной часа. Потом вода снова проникала по трещинам в остывшую урановую жилу, и трёхчасовой цикл повторялся.
Примечательно, что японец Пол Курода, родившийся в Японии и ставший впоследствии профессором в американском университете Арканзаса, ещё в середине XX века предсказал возможность естественных атомных реакторов в далёком прошлом, когда уровень радиоактивности земных пород был гораздо выше нынешнего. Курода считал эту работу делом своей жизни и настойчиво изучал проблему, невзирая на насмешки коллег. Потребовалось два десятка лет, чтобы его предсказание подтвердилось, после чего он стал знаменитым.
Естественные атомные реакторы, предсказанные Куродой, возникали в небольших урановых жилах, где возможна цепная реакция деления урана. Но мы хорошо знаем о другом естественном реакторе: вся наша Земля представляет собой огромный атомный реактор, жар которого разогрел планету до расплавленного состояния, сохраняющегося до сих пор под тонким слоем твёрдой земной коры.
Вулканизм и тектоническая подвижность континентальных плит – внешние проявления атомного жара, который выделяется внутри планеты.
Вряд ли на Земле с холодными недрами была бы возможна жизнь.
Мы живем на поверхности земного атомного реактора, греемся в лучах солнечного термоядерного реактора и при этом панически боимся радиации и прогресса в ядерной физике.
Открытие естественного ядерного реактора, аналогичного искусственному по размерам и принципам функционирования, стало поучительным щелчком по самолюбию человека. Ведь многие учёные, включая Энрико Ферми, полагали, что атомный реактор является исключительным достижением человека разумного.
– Как долго работали африканские реакторы? – спросила Галатея.
– Сотни тысяч лет! – ответил Хао. – В смысле надёжности атомных реакторов людям тоже есть чему поучиться у природы.
Галатея представила себе африканскую речку, весело журчащую возле песчаной отмели. Вдруг раздался свист и шипение, и из песка начали бить струи горячего пара. Атомный реактор заработал! Фонтаны били долго, но постепенно угасли – реактор начал остывать… Пройдёт два с половиной часа, и фонтаны пара снова раздвинут песок и ударят в небо. Так продолжалось не годы и не века, а сотни тысяч лет!
– Какой молодец Бужигес, заметивший ничтожное отклонение в составе руды! – сказал Андрей.
Учёный сокрушённо покачал головой.
– Я всегда призываю молодых учёных к научной внимательности, которую продемонстрировал химик-аналитик Бужигес. Это значит – замечать и тщательно исследовать все необычные отклонения от существующих моделей или представлений. Не оставлять непонятное за спиной! Даже маленькое противоречие между теорией и экспериментом может стать истоком чего-то нового и важного. Чем досаднее несовпадение формул и реальности, тем больше здесь таится перспектив. Нужно не скрывать или заглаживать трудности нашего понимания, а всячески вскрывать и выпячивать их.
Если вам подсовывают теорию, которая что-то неплохо объясняет, но требует натяжек и подтасовок, не соглашайтесь на неё! Не
