Машина-двигательОт водяного колеса до атомного двигателя

До сих пор шла речь об одном только виде этого горючего — об изотопе урана с атомным весом 235. Из всех существующих на земле элементов только изотоп урана U-235 может делиться, создавая условия для цепной реакции. Однако этот изотоп хоть и существует, но добывается с большим трудом. Урановые руды содержат главным образом другой изотоп урана — с атомным весом 238 (U-238).

Каждый полученный из руды килограмм металлического урана заключает в себе 993 грамма U-238 и лишь 7 граммов U-235. Но главное не в том, что урана-235 очень мало; главное в том, что его трудно отделить от урана-238. Изотопы обладают одинаковыми химическими свойствами, и только очень незначительная разница в атомном весе различает их.

Значит, самым простым — химическим — способом отделить U-235 от U-238 нельзя. Единственный путь разделения, который сейчас признан техникой, это путь сортировки атомов.

«Как? — спросите вы. — Неужели можно каждый атом взвесить и положить то в одну, то в другую сортировочную ячейку?»

Разумеется, нет. Но можно поступить так, как поступают хозяйки, когда им требуется получить чистую от случайных примесей и однородного размола муку. Они берут сито и просеивают: мелкие частички муки проваливаются, а крупные задерживаются. Однако не следует думать, что металлический уран можно размолоть до такой степени, чтобы каждая крупинка представляла собой атом. Отделить атомы друг от друга можно, только превратив металл в газ. Для этого металл нагревают до такой степени, что он не только плавится, но и испаряется, так же как вода. А пар металла нагревают дальше, чтобы образовался легкий газ.

Когда такой газ получен, его прогоняют по трубам через целую серию пористых перегородок (сит), и каждая из таких перегородок, имеющих весьма маленькие поры, задерживает тяжелые атомы, пропуская лишь легкие. За последней перегородкой будет получен газ, в основном состоящий из сравнительно легких атомов урана-235. Теперь этот газ опять охлаждают до нормальной температуры, и в результате вновь образуется кусок металла, но уже состоящий из чистого изотопа 235. Надо сказать, что весь этот процесс получения U-235 очень сложный и дорогой. Стоимость урана U-235 очень высока. И если бы «атомный котел» пришлось заправлять таким дорогим горючим, вряд ли игра стоила бы свеч. Однако ученые нашли способ, при котором в котел можно закладывать обычный природный уран — смесь из U-238 и U-235, — и это значительно продвинуло вперед решение задачи.

Оказалось, что, при известном расчете, можно получить цепную реакцию урана-235 без его выделения из урана-238. Конечно, при этом «критическая масса» всего урана оказывается значительно больше килограмма, но зато как легко получить такое «топливо»! При этом, что совсем замечательно, можно так организовать работу котла, что «горючего», то есть делящегося материала, будет не убывать, а… прибавляться!

Не правда ли, чудеса? Где это видано, чтобы уголь, например, горел в топке не сгорая, а увеличиваясь количественно? С обычным топливом таких чудес не бывает, а вот с атомным… оказывается, нечто подобное возможно. Конечно, те ядра, которые разделились, уже не участвуют больше в реакции, но вместо одного выбывшего ядра, при известных условиях, может образоваться два новых, способных к делению ядра.

В чем же дело? Оказывается, что, если в ядро урана-238 попадает очень медленный нейтрон, он поглотится этим ядром. Образуется новый изотоп — уран-239. Изотоп этот нестойкий, из ядра выбрасывается электрон, отчего один из нейтронов становится протоном. Заряд ядра увеличивается на единицу, и появляется новый элемент, который назван «нептунием», с атомным весом 239 и зарядом 93 (Νρ-239), — это 93-й элемент таблицы Менделеева. Однако и этот элемент нестоек, — вскоре из ядра выбрасывается еще один электрон и заряд ядра возрастает до 94. Теперь, при том же атомном весе 239, появляется 94-й элемент, называемый «плутонием» (Рu-239). Этот элемент тоже радиоактивен и сравнительно стоек. Его время полураспада— двадцать четыре тысячи лет. Плутоний, так же как и уран-235, делится медленными нейтронами и потому может служить ядерным горючим.

Вот и выходит: есть способ организовать «горение» в атомном котле так, что взамен одного «сгорающего» топлива там будет образовываться другое топливо. Это новое топливо можно «сжигать» в этом же котле. Однако плутония можно получить больше, чем затрачено урана-235 — и тогда появляется возможность «размножать» топливо: отбирать из котла излишек и складывать на хранение, делать запас. Так создается еще один вид «атомного горючего».