Вместо тысячи солнц. История ядерной бомбы, рассказанная её создателями

Чтобы котел, использующий цепную реакцию, работал на постоянном уровне, коэффициент размножения должен быть равен 1. Если он больше 1, то интенсивность возрастает; если он меньше 1, то интенсивность падает. Поэтому оператор должен иметь возможность придать коэффициенту размножения любое желаемое значение вблизи 1. Для этого обычно используются так называемые «управляющие стержни». Эти стержни, сделанные из вещества, сильно поглощающего нейтроны, оператор может вводить в котел на точно определенную глубину.

Число нейтронов, поглощаемых стержнями и, значит, удаляемых из участия в реакции, зависит от той глубины, на которую введены стержни в котел. Следовательно, коэффициент размножения также будет зависеть от положения стержня. Он будет максимален, когда стержень выведен наружу, и минимален, когда стержень полностью введен внутрь котла.

Условия обычно подбираются таким образом, чтобы коэффициент размножения был равен 1 при некотором среднем положении стержня, называемом «критическим положением». При дальнейшем выдвижении стержня коэффициент размножения становится больше 1, а при введении стержня – меньше 1.

Если оператору надо увеличить скорость реакции, то стержень выдвигается из котла настолько, чтобы коэффициент размножения стал немного больше 1. Число нейтронов при этом постепенно возрастает. Если оператор хочет уменьшить скорость реакции, то все, что он должен для этого сделать, – это вдвинуть стержни в котел несколько дальше критического положения. Тогда коэффициент размножения становится меньше 1 и скорость реакции постепенно уменьшается. Если мощность должна оставаться на постоянном уровне, то оператор устанавливает стержни в критическое положение.

Из сказанного ясно, что задача управления скоростью реакции в котле принципиально очень проста. Опыт показал, что задача управления действительно может быть очень просто решена и на практике. Искусством сохранения режима работы котла неизменным можно полностью овладеть за несколько часов (независимо от того, для производства какого – большого или малого – количества энергии предназначен котел). Нетрудно также сохранить интенсивность котла на любом заданном постоянном уровне, если стержни будут перемещаться с помощью механических устройств, управляемых автоматически. В этом случае оператору остается только следить за панелью управления.

Главная техническая трудность, мешающая в настоящее время практическому использованию атомной энергии, состоит в следующем. Во всех построенных до сих пор установках, использующих цепную реакцию, выделение энергии происходит при очень низкой температуре. Это, несомненно, в значительной мере объясняется тем, что основная цель, преследовавшаяся при создании котлов во время войны, состояла не в выработке полезной мощности, а в производстве плутония. По этой причине не делалось никаких попыток сконструировать котел из материалов, способных выдержать очень высокие температуры, так как такие попытки, безусловно, задержали бы, и весьма значительно, достижение основной цели.

Важно отметить следующее. Температура, при которой может производиться энергия с помощью цепной реакции, насколько известно, практически ничем не ограничена. Действительно, существуют основания полагать, что при взрыве атомной бомбы могут быть получены температуры выше 1 000 000 градусов (Цельсия). Для установок, предназначенных для работы на постоянном режиме, практическое ограничение накладывается только тугоплавкостью используемых материалов. В этом смысле выбор материалов очень критичен, так как надо учитывать не только их способность выдерживать высокие температуры, но и вредное влияние, которое оказывает внесение посторонних материалов в котел на саму ядерную реакцию. Это вредное влияние обусловлено тем фактом, что большинство веществ в большей или меньшей степени поглощают нейтроны. Поэтому введение любого вещества (например, теплоносителя для отвода тепла от котла или оболочки труб, по которым подается теплоноситель) приводит к потерям нейтронов. Если эти потери настолько велики, что коэффициент размножения станет меньше 1, то реакция остановится.

Возникает вопрос: можно ли высвободить большое количество энергии?

Основным топливом в котлах Хэнфордского типа является U²³⁵, составляющий всего 0,7 % по весу в естественном уране. Энергия урана, освобождающаяся при делении, приблизительно в 3 000 000 раз больше энергии того же весового количества угля. Если используется только 0,7 % урана, то практически величина этого отношения будет около 20 000. Эти числа говорят о важности разработки методов полного использования энергии урана.