Химические элементы

Например, в реакторах на тепловых нейтронах (свободные нейтроны с кинетической энергией близкой к кинетической энергии движения молекул газа при комнатной температуре) в качестве теплоносителя используют воду. При малейшем нарушении герметичности защитной оболочки уран начнет разлагать воду. Выделившийся водород вступит в реакцию с образованием порошка гидрида урана (H₃U). Таким образом ТВС разрушится и порошок гидрида урана будет уноситься водой. Картина страшная для любого человека, даже для ученого ядерщика. Чтобы подобного не происходило, чистый уран в виде топлива не применяется. Существуют реакторы, работающие на оксидном топливе (UO₂), нитридном топливе (UN), а если требуется металлическое урановое топливо, то его сплавляют с молибденом. Такой сплав устойчив и описанные выше процессы разрушения ТВС не происходят.

Еще в 1904 году Эрнест Резерфорд заметил, что период полураспада урана соизмерим с возрастом Земли. Тогда он предложил определять возраст минералов и возраст земли по соотношению урана и свинца — конечного продукта распада урановых ядер. Этим же методом определялся возраст метеоритов и лунного грунта. Оказалось, что Луна гораздо старше Земли.

Еще один важный факт: ученые установили, что спонтанно могут делиться ядра всех элементов тяжелее тория. Этот процесс определяет границу таблицы Менделеева. Следовательно, определяет химический состав всех объектов во Вселенной.

Нептуний. Планеты-планеты…

В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. В ряду химических элементов за ураном следует нептуний. Это небольшая подсказка, как начать разбираться в астрономии, зная всего лишь химию. Или наоборот.

Получен нептуний был при помощи облучения урановой мишени нейтронами. Получали его в небольших количествах, поэтому изучение химических свойств было затруднено. Стеклодувы изготавливали пробирки и мензурки объемом всего лишь в стотысячную миллилитра. Растворяя в такой пробирке микрограмм нептуния, получали раствор с большой концентрацией (0,1 г/л). Вся аппаратура устанавливалась на предметном столике микроскопа. В таких жестких условиях проводилось изучение химических свойств этого элемента.

Сейчас же научились получать достаточно большое количество изотопа ²³⁷Np с периодом полураспада 2,2 миллиона лет, что позволяет проводить исследования в нормальных технических условиях.

Изотоп ²³⁷Np является прекрасным материалом для получения ²³⁸Pu, который может использоваться в качестве топлива для ядерных космических батарей и других изделий, например кардиостимуляторов. Другие изотопы нептуния сами по себе не играют заметной роли в ядерной энергетике.

Плутоний

С данным элементом связаны как большие надежды, так и большие опасения человечества. Периоды полураспада всех известных изотопов плутония много меньше возраста Вселенной. Отсюда мы можем смело сделать вывод, что те атомы плутония, что образовались во время зарождения Вселенной, не могли дожить до наших дней, как динозавры и мамонты. Однако он все равно содержится в земной коре, так как постоянно образуется в урановых рудах в результате ядерных реакций.

В декабре 1940 года при облучении урана ядрами тяжелого водорода (дейтерия) группа ученых во главе с Сиборгом получили новый элемент. Так как этот элемент в то время был последним в таблице Менделеева, то и назвали его в честь последней планеты солнечной системы — Плутона. Правда сейчас Плутон перестали считать планетой, да и в самой таблице уже 118 элементов, но название плутоний так и осталось.

Получать плутоний возможно только имея на своем вооружении мощную атомную промышленность. А в 40-х годах она только зарождалась. Да и первоочередной ее целью было создание оружия невиданной мощности. Так в США появился Манхэттенский проект, связанный с созданием первых атомных бомб. Его руководителем был военный, а не ученый. Его не интересовал плутоний. Но физики уже тогда понимали, что, синтезировав изотопы плутония с нечетным массовым числом (суммой протонов и нейтронов), от них можно ожидать цепной ядерной реакции. К сожалению для всего мира, плутоний оправдал эти надежды и смог стать «взрывчаткой» для атомной бомбы. А так как данным проектом руководили военные, то все исследования плутония были засекречены и в шифровках его называли «медью».

Созданный для бомбы, плутоний нашел применение в «мирном атоме». ²³⁵U изотопа не хватило бы для того, чтобы наладить работу АЭС, созданных в те времена.

При делении ²³⁹Pu изотопа выделяется около 200 МэВ. Это в 50 миллионов раз больше, чем выделяется энергии при сгорании одного атома углерода с образованием молекулы углекислого газа. Другими словами, при распаде 1 грамма плутония выделяется столько же энергии, сколько содержится в 4 тоннах хорошего угля.