Валерий Легасов: Высвечено Чернобылем

В следующем году Фредерик Жолио-Кюри с сотрудниками обнаружил, что при делении, помимо двух дочерних ядер, образуется в среднем два-три вторичных нейтрона. Продуктами реакции деления оказались частицы, вызывающие эту реакцию. Это позволяло надеяться на возможность осуществления в уране самоподдерживающейся цепной реакции деления.

Откроем учебник по физике для 11 класса: «Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие ее (нейтроны), образуются как продукты этой реакции»^[13].

* * *

Установлением необходимых условий для возникновения и поддержания цепной реакции деления, т. е. созданием теории цепной реакции, занимались одновременно и независимо друг от друга в двух местах – в Соединенных Штатах, куда, спасаясь от Муссолини и от Гитлера, перебрались многие физики Старого Света, и в Советском Союзе. Энрико Ферми там, Борис Яковлевич Зельдович и Юлий Борисович Харитон здесь. Эти люди явились основателями реакторной физики.

Одним из принципиальных положений этой теории стало установление того факта, что цепная реакция деления неосуществима на уране-238, т. е. на изотопе, массовое содержание которого в природном уране составляет свыше 99 %. Поддерживать цепную реакцию можно только в среде урана-235, содержание которого в природном уране – менее одного процента.

Еще одним принципиальным положением стало утверждение о необходимости введения в размножающую среду вещества-замедлителя, проходя через которое нейтроны деления, обладающие при рождении большими скоростями и энергиями, теряли бы свою скорость. Чем меньше скорость нейтронов, с тем большей вероятностью они делят ядра урана-235. Харитон и Зельдович указывали, что идеальными в качестве замедлителей являются водородосодержащие вещества, Ферми разрабатывал идею применения графита.

Ключевым понятием в теории цепной реакции деления стало понятие коэффициента размножения нейтронов.

Сразу после обнаружения образующихся в результате деления вторичных нейтронов стало понято, что цепная реакция возможна, если число нейтронов вылетевших из ядер при делении, будет больше, или, в крайнем случае, равно числу нейтронов, эти деления вызвавших. Отношение числа вторичных ядер к числу исходных получило название коэффициента размножения.

Выяснение условий, при которых осуществима цепная реакция деления, свелось к выяснению условий, при которых коэффициент размножения нейтронов больше единицы или равен единице.

Обратимся еще раз к физике для 11 класса:

«Для течения цепной реакции нет необходимости, чтобы каждый нейтрон обязательно вызывал деление ядра. Необходимо лишь, чтобы среднее число освобожденных нейтронов в данной массе урана не уменьшалось с течением времени.

Это условие будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов k больше или равен единице. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо “поколении” к числу нейтронов предшествующего “поколения”.

Под сменой поколений понимают деление ядер, при котором поглощаются нейтроны старого поколения и рождаются новые нейтроны. Если k>1, то число нейтронов увеличивается с течением времени или остается постоянным, и цепная реакция идет. При k<1 число нейтронов убывает, и цепная реакция невозможна».^[14]

Чему в принципе может быть равен коэффициент размножения? Как определить, чему он будет равен для среды данного состава, данной формы и размеров, от чего он зависит, как можно придавать ему требуемое значение?

В предельном, идеальном случае коэффициент размножения равен числу вторичных нейтронов, рождающихся в среднем на один акт деления. Для урана-235 это число равно 2.416, т. е. при делении одной тысячи ядер, которое вызвано тысячей первичных нейтронов, рождается 2416 вторичных нейтронов.