Сибирские огни, 1955, № 5

ном горении высвобождается колоссаль­ ное количество внутриядерной энергии. Было подсчитано, что в процессе ядерно- го горения освобождается энергии в де­ сятки раз больше, чем при естествен­ ной радиоактивности, и в миллионы раз больше, чем при обычном горении. Если все ядра атомов урана-235, содержащие­ ся в куске весом в один килограмм, ис­ пытают подобное деление, то освобож­ дённая при этом энергия окажется рав­ ной энергии, получающейся при сгорании 2 500000 килограммов каменного угля. Реакция ядерного горения в чистом «ядерном горючем», то есть чистом уране-235, происходит чрезвычайно бы­ стро, за миллионные доли секунды. При такой скорости реакции освобождающая­ ся ядерная энергия в виде энергии раз­ летающихся с чрезвычайно большой скоростью осколков ядер и нейтронов вызывает почти мгновенное повышение температуры до нескольких миллионов градусов и давления — до нескольких миллионов атмосфер. Происходит мощ­ ный взрыв, равноценный взрыву 20000 тонн самого сильного взрывчатого веще­ ства. Такая бурная реакция ядерного горе­ ния используется главным образом в атомных бомбах. Для широкого прак­ тического использования в мирных це­ лях она крайне неудобна, так как ни одна установка не сможет выдержать та­ кой высокой температуры и давления. Нужно замедлить ядерное горение, до­ биться, чтобы ядерная энергия освобож­ далась не сразу, а постепенно. При обычном горении для замедления реакции пользуются двумя способами: или смачивают топливо водой, делают его более сырым, или уменьшают доступ свободного кислорода к топливу. По аналогии с обычным горением попытаем­ ся применить эти два способа для за­ медления ядерного горения. Первый способ замедления ядерного горения бу­ дет состоять в использовании «сырого» ядерного горючего. Как известно, в при­ роде уран встречается в виде смеси двух изотопов — урана-238 (99,3% природно­ го урана) и урана-235 (0,7% природно­ го урана). Из них только уран-235 яв­ ляется ядерным горючим, а уран-238 представляет собой примесь, препятству­ ющую горению. Наличие большого коли­ чества примеси в виде урана-238 делает природный уран слишком «сырым» ядерным топливом. А нельзя ли этот природный уран всё же использовать как ядерное топливо? Оказывается, можно. Рассмотрим поведение свободного нейтрона в природном уране. Пусть в куске природного урана имеется б ы с т р ы й нейтрон. Он может или по­ пасть в ядро урана-235 и вызвать его де­ ление, или столкнётся с ядром ура­ на-238 и застрянет в нём. Так как ядер урана-238 в 140 раз больше, чем ядер урана-235, то вероятность попадания бы­ строго нейтрона в ядро урана-235- чрезвычайно мала. Поэтому чаще проис­ ходит захват нейтрона ядрами ура- на-238: свободные нейтроны будут по­ глощаться «примесью», вследствие чего становится невозможной развитие цепной реакции деления. Иная картина наблюдается в том слу­ чае, когда свободные нейтроны имеют не­ большую, или, как говорят, «тепловую» скорость. М е д л е н н ы е нейтроны сла­ бо поглощаются ядрами урана-238. При ударе они чаще отскакивают от ядра урана-238, чем поглощаются им. Поэто­ му медленный нейтрон испытает много упругих соударений, прежде чем будет поглощён ядром урана-238 или же столкнётся с ядром урана-235 и вызовет его деление. Таким образом, наличие медленных нейтронов увеличивает веро­ ятность попадания нейтрона в ядро ура­ на-235 и тем самым создаёт условия для. цепной реакции ядерного горения. Но при ядерном делении урана-238 образуются очень быстрые нейтроны. Следовательно, чтобы создать условия для цепной реакции ядерного горения в природном уране, необходимо замед­ лить появляющиеся быстрые нейтроны. Каким образом можно добиться этого? Известно, что упругий шарик, ударив­ шись в массивное тело, отскакивает, почти не теряя своей скорости. Но если он столкнётся с другим таким же шари­ ком, то произойдёт резкое уменьшение его скорости. Так, например, биллиард­ ный шар, ударившись о другой непо­ движный шар, останавливается, а непо­ движный шар приходит в движение. Сле­ довательно, для замедления быстрых нейтронов необходимо вызвать столкно­ вение их с лёгкими ядрами, масса кото­ рых мало отличается от массы нейтро­ на. При этом соударение не должно со­ провождаться поглощением нейтронов. Оказалось, что это происходит при столкновении, например, с ядрами тяжё­ лого водорода (дейтерия) или с ядрами углерода в чистом графите. Если природ­ ный уран соответствующим образом пе­ ремешать с подобным замедлителем, то можно добиться получения медленных нейтронов в количестве, достаточном для медленной же цепной реакции деления ядер. Из 3 нейтронов, появившихся в результате деления ядра урана-235, два нейтрона или поглощаются ураном-238, или покидают пределы куска урана и только один, проходя замедлитель, вы­ зывает новое деление ядра урана-235. Таким образом, деление ядер не нараста­ ет лавинообразно, а происходит с посто­ янной скоростью. Такое ядерное горение в природном уране обладает той замечательной осо­ бенностью, что наряду с реакцией деле­ ния ядер урана-235 происходит очень важное ядерное превращение урана-238.