Радиоактивные изотопы и их применение

Часть нейтронов, выделяющихся при делении урана 235, расходуется на развитие процесса деления, а избыток нейтронов реагирует с ураном 238, находящимся в оболочке из естественного урана. Эта реакция приводит к образованию из урана 238 плутония. Так как каждое ядро атома урана 235 при делении выделяет 2–3 нейтрона, на продолжение реакции расходуется один нейтрон, а потери нейтронов невелики, то один или более нейтронов, соединяясь с ядрами урана 238, образуют плутоний. Таким образом, в таком реакторе исчезает уран 235 и появляется в большем количестве, чем расходуется уран 235, плутоний 239. В ядерном реакторе, работающем на естественном уране, также получается плутоний 239, но в меньшем количестве, чем расходуется уран 235. Плутоний может быть извлечен и применен вместо урана 235 в качестве ядерного горючего. Этим путем теоретически весь запас урана 238 может быть превращен в плутоний — в ядерное горючее, и, следовательно, количество ядерного горючего фактически может не уменьшаться, а накопляться в процессе его сжигания. Расходоваться будет уран 238, а его в природе имеются такие количества, которые надолго обеспечат человечество атомной энергией.

Кроме урана 238, можно использовать еще более распространенный в природе элемент — торий, который, захватывая нейтрон, претерпевает ряд превращений и образует уран 233.

Уран 233 подобно ядру урана 235 делится с выделением нейтронов и может служить ядерным горючим. Таким образом, в качестве ядерного горючего могут употребляться уран 235, уран 233 и плутоний 239, а в качестве материалов для получения плутония 239 и урана 233 уран 238 и торий 232. Все эти элементы радиоактивны. Они хотя и медленно, но распадаются, испуская альфа-частицы. Однако наименее устойчивый из них — плутоний 239 — имеет период полураспада 24 000 лет, и в течение столетий его убыль в результате распада не будет заметна. Уран 233 имеет период полураспада 1,63∙10⁵ лет, а уран 235 — 7,13∙10⁸ лет. Обращение с этими элементами должно быть осторожным, так как они радиоактивны, являются альфа-излучателями.

10. Атомная энергия на службе человека

Ядерные процессы таят в себе неисчислимые богатства, в них заложено счастливое будущее человечества.

Атомная электростанция, включающая в себя ядерный реактор, может быть построена в любом месте земного шара: на высоких горах, глубоко под землей, в пустынях юга. Она требует для своей работы перевозки лишь урановых стержней. Это количество атомного горючего очень мало по сравнению с тем, которое необходимо для получения равного количества энергии на электростанции, работающей на угле или другом топливе.

Запасы ядерного горючего урана и тория в земной коре велики и превышают по теплотворной способности запасы каменного угля, нефти, газа, горючих сланцев примерно в 20 раз.

Размеры ядерного реактора зависят от его мощности и употребляемого в нем ядерного горючего. Установки большой мощности на естественном уране громоздки. Они весят много тонн. В то же время могут быть сконструированы реакторы небольших размеров, которые можно устанавливать, например, на больших судах, самолетах и т. п. На судовых атомных силовых установках такие реакторы расходуют свое тепло на парообразование. Пар приводит в движение турбину, которая передает это движение, например, гребному винту судна. Установка ядерного реактора на подводной лодке дает возможность ей находиться длительное время под водой без всплывания, так как для сжигания ядерного горючего не нужен воздух. Такие подводные лодки могут длительное время плавать в морях северного и южного полюсов, пересекая их подо льдом.

Будущее трансконтинентальных и межпланетных перелетов связано с ядерным горючим. Можно представить себе примерные конструкции двигателей для самолетов и ракет, которые работают, потребляя самое концентрированное топливо — атомное топливо.