Ядерные реакторы

В 1954 году в США спустили первую ядерную подводную лодку «Наутилус». Благодаря силовой установке на основе ядерного реактора ей не требовалось время от времени подниматься на поверхность, чтобы подзарядить батареи. Ядерные подводные лодки совершали кругосветные пла-

б Д. Азимов

«Миры внутри миров» вания без всплытий, пересекали Северный Ледовитый океан под ледяным покровом.

Высокая экономичность ядерной силовой установки побудила инженеров искать пути ее применения и на гражданских транспортных средствах. В 1959 году как в СССР, так и в США были спущены на воду первые надводные корабли с ядер- ным двигателем (атомный ледокол «Ленин» и грузовое судно «Саванна»). Атомные станции начали использовать и в качестве источника обычной электрической энергии. Первую подобную станцию мощностью всего 5000 киловатт построили в подмосковном Обнинске в 1954 году. Уже первые месяцы ее работы показали высокую рентабельность подобных предприятий. В 1956 году заработала первая английская атомная электростанция мощностью 92 ООО киловатт в поселке Колдер- Холл. Чуть позже, в 1958 году, заработал первый американский реактор для мирного использования в городке Шиппингпорт (Пенсильвания). Она обеспечивала электроэнергией весь город и стала первой действительно полномасштабной гражданской ядерной электростанцией в мире.

Наконец человечество получило долгожданный источник дешевой энергии.

Не следовало забывать о том, что способный к делению изотоп уран-235 составлял всего 0,7% имевшегося на Земле урана. Если не будет найдено других аналогичных элементов и в нашем распоряжении останется только уран-235, то энергетические запасы Земли также останутся достаточно ограниченными.

Но в результате исследований ученых наметилась и другая перспектива, связанная с «ядерным топливом». Существовал плутоний-239, который также делился под воздействием нейтронной бомбардировки. Период его полураспада составлял 24 300 лет, что позволяло его использовать.

Трудность заключалась в том, что в природе этот элемент не существовал и его надо было каким-то образом получить в необходимом количестве. Казалось, что это невозможно, но неожиданно был найден достаточно простой выход из положения. Поглощая нейтроны, атомы урана-238 вначале превращались в нептуний-239, а затем становились плутонием-239. Поскольку плутоний обладал совершенно другими свойствами, чем уран, их можно было разделить, получив в нужном количестве топливо для реактора.

Данное устройство стали называть бридером или реактором-размножителем. Действительно, его конструкция была такова, что количество произведенного плутония- 239 превышало исходную массу урана-235. Таким образом, весь природный уран (а не только уран-235) оказывался возможным ядерным топливом.

Первый ядерный реактор такого типа был завершен в Арко (Айдахо) в августе 1951 года, и 20 декабря на его силовой установке впервые в мире получили электричество. Однако бридерные реакторы для промышленного производства плутония еще только предстояло построить.

Уран-233 также оказался изотопом, способным делиться в ходе нейтронной бомбардировки.

Если атомный реактор окружить оболочкой из тория, то внутри нее постепенно образуется слой урана-233, который легко разделяется с торием. Таким образом, торий также включается в список эле ментов, из которых можно получить ядер- ное топливо.

Из всего урана и тория, доступных для использования (включая и небольшое содержание этих элементов, например в граните), мы можем получить в 100 раз больше энергии, чем от всех запасов угля и нефти, которые имеются на Земле. Однако в большинстве случаев содержание этих элементов в горных породах чрезвычайно мало, так что их выделение связано с такими трудностями, которые делают невыгодным их практическое использование. Вот почему маловероятно, что когда-либо мы сможем использовать весь уран и торий, содержащиеся в земной коре.

Еще одна проблема связана с результатами самой реакции деления. В процессе деления ядра урана-235 (или плутония- 239) разбиваются на множество ядер средней величины, которые гораздо более радиоактивны, чем природное топливо. Большая их часть составляла отходы. Лишь весьма небольшая часть продуктов, получавшихся в ходе деления, оказывалась пригодной для дальнейшего практического использования. Эти продукты отличаются долгим периодом полураспада и на протяжении десятилетий и даже столетий испускают смертоносную радиацию; поэтому их необходимо размещать в специальных хранилищах, не допуская проникновения в окружающую среду.

В ходе научных исследований именно из таких «продуктов деления» впервые в 1945 году получили изотоп 61-го элемента. Поскольку они образовались от ядерного огня, в память о греческом мифологическом титане Прометее, подарившем людям огонь, этот элемент назвали «прометием».

Получившиеся в ходе деления продукты сохраняли энергию, и некоторые из них можно было использовать в легких «ядерных батареях». Впервые их построили в 1954 году. Батареи, где использовался плутоний-238, используются в качестве долговременных источников энергии на геостационарных искусственных спутниках.