А. Фурсов - De Secreto / О Секрете

В действительности оказалось, что при делении ядер урана большинство нейтронов вылетают из них сразу (это быстрые нейтроны, имеющие энергии порядка 1-15 МэВ), но есть и меньшая доля их, обычно меньше, чем 1–1,5 % (обозначаемая как Ь), нейтронов запаздывающих — вылетающих из осколков ядра некоторое время спустя — от долей секунды до минут ([9]), имеющих энергии до 0,1 эВ, и потому называемых также тепловыми (или медленными).

В большинстве работающих ныне ЯР используются нейтроны второго типа, и чтобы «включить в игру» часть быстрых нейтронов, используется замедлитель, т. е. вещество, способное «притормозить» их, превращая в тепловые, которые затем более эффективно поглощаются другими ядрами 235 U, вызывая их деление.

А ЯР является тем устройством, которое способно использовать энергию, выделяющуюся в реакциях типа (1), для нагрева теплоносителя, который применяют затем для выработки электроэнергии через турбогенератор (сокр. ТГ) [8]. Для реактора РБМК топливом служил слабо обогащённый (от 1,8 до 2 % — по 235 U) природный уран (впрочем, для корабельных ЯР необходимо обогащение топлива до более чем 20 % — по 235 U).

Отметим, что наиболее эффективным замедлителем в ЯР является «тяжёлая» вода D 2O, но можно использовать и простую («лёгкую») воду Н 20. Однако в случае ЯР типа РБМК для этого использован особо чистый графит, почему они и называются уран-графитовыми ( кипящими ) реакторами. А в общем-то при работе ЯР образуются около двухсот изотопов в качестве продуктов деления, но только часть их — как осколки в процессе (1), остальные же — как продукты распада других изотопов [9]. Та же реакция (1) используется при создании оружия, хотя для этого необходимо повысить содержание 235U до более 90 %, и разрушающее действие атомной бомбы обусловлено колоссальным выделением энергии. Но взрыв получается лишь тогда, когда лёгкий уран сплотится в единое компактное тело критической массы (которая для него составляет около 50 кг)!

ЯР же использует энергию деления 235U «постепенно» — для нагревания теплоносителя, поэтому И.В. Курчатов называл его «тлеющей атомной бомбой»; другое название — «атомный котёл», что тоже понятно, почему… Но кроме лёгкого урана, в ЯР присутствует гораздо больше изотопа 238U. А с последним ситуация несколько иная: попадание нейтрона (притом быстрого — с энергией ~15 Мэв) в ядро урана-238, хотя и не расщепляет его, однако тоже приводит к ядерным трансмутациям, которые можно изобразить следующей цепочкой:

238U + п ® 239 U® 239Np ® 239Ри. (2)

Из неё видно, что в этом процессе появляется новый элемент — нептуний (с номером 93 в М-таблице) 239Np, который тоже нестабилен, имея период полураспада всего в 56 часов, после чего появляется ещё один новый элемент (№ 94 в М-таблице), названный плутонием Ри. Также выделяется определённая порция энергии, хотя и меньшая, чем в (1), но об этом скажем позже.

Замечание 13.Вышеуказанные две реакции являются главными для понимания нашей темы, и тут стоит отметить отличие физики микрообъектов от обычной классической физики. Если в рамках последней нейтрон (и протон) представлять в виде маленького твёрдого шарика, а атомное ядро — в виде большого шара, «склеенного» из таких шариков, то ясно, что попадание медленно двигающегося (низкоэнергетиче-ского) шарика в большой (состоящий из 235 таковых) произведёт незначительный эффект. А попадание быстрого (высокоэнергетического) шарика даже в больший (из 238) вполне может разбить его (т. е. ядро) вдребезги. В физике же микромира, как видим, эффект совершенно обратный — в этом-то и проявляется её специфика…

Вернёмся к плутонию. Он был обнаружен при изучении ядерных реакций в ЯР, хотя позже нашли его следы и в природе, правда, настолько редкие, что общий вес его на Земле оценивают не более чем в один килограмм. С другой стороны, на всех работающих АЭС на планете за год нарабатывается ныне около 60 тонн плутония (см. [26])!

Плутоний имеет 15 изотопов (с массовыми числами от 232 до 246), но и тут делящимися среди них есть лишь три изотопа: 233Ри, 239Ри, да ещё 241Ри, которые потому обычно и используются на практике. Но при этом лишь два последних могут порождать цепную реакцию — поскольку они делятся при поглощении медленных нейтронов, а значит, могут использоваться в качестве топлива для ЯР. 239Ри часто используется и для создания атомных бомб, тем более что его критическая масса почти на порядок меньше таковой для урана — она составляет от 5,6 до 10,5 кг (в зависимости от чистоты 239Ри от примесей). Кроме всего прочего, отметим: плутоний очень и очень ядовит…

Однако нам он интересен здесь тем, что при работе ЯР лёгкий уран потребляется (или выгорает), тогда как плутоний накапливается, причём его « коэффициент размножения со временем увеличивается…, сечение 239Ри больше, чем в два раза превосходит сечение 235U», согласно очень интересной книге американских авторов [9]. Вот откуда взялись те полтонны плутония в ЯР, о коих говорил акад. Велихов!

Но это не всё — еще академик Прохоров привлёк моё внимание к работам авторов-радиохимиков, точнее, к результатам измерений изотопного состава остатков топлива, которые были проведены ранее академиком Э.В. Соботовичем с сотрудниками ещё в 1986 г. (и опубликованы в статье [20], а затем и в ряде позднейших его работ), как и к работам других авторов.

Но ведь упомянутые исследования ещё с 1990 г. показывали, что «повсеместно отмечалось избыточное содержание изотопов урана U 233 и U 234… В почвах ближней зоны ЧАЭС присутствует специфическая форма техногенного урана, характеризуемая высокой степенью обогащения изотопом U 235» (там же, с. 888).

Затем авторы этой статьи сделали осторожное замечание: «Что же касается непосредственного источника поступления в окружающую среду этой мелкодисперсной формы урана, то он, к сожалению, пока не установлен…

Присутствие на РБМК-1000 ядерного топлива такой степени обогащения труднообъяснимо. Тем не менее, эта гипотеза среди всех прочих представляется нам наиболее приемлемой» ([20], с. 888; выделено нами. — Н.К.).

Кроме того, не только вне блока наблюдались упомянутые «странности». И в самом деле, в работе [21] (уже других авторов) читаем: «К моменту аварии в активной зоне реактора… большая часть загрузки имела выгорание от 11 до 15 Мет сут/кг, в активной зоне было также некоторое количество свежего топлива » (с. 39; выделено нами. —Н.К.). В результате исследования авторами «препаратов вторичных урановых материалов, взятых с поверхности лавообразной топливосодержащей массы» во внутренних помещениях блока «соотношение пиков 235U и 238U соответствует обогащению ~2 %. Можно было бы предположить, что исследуемые минералы выросли из свежего топлива. Вместе с тем пик 239Ри примерно в 2,5 раза больше, чем 235U, хотя для случая среднего топлива отношение Pu/U должно было бы быть в 5 раз меньше. Такое несоответствие велико и не может быть объяснено методическими погрешностями. Также маловероятно, что отношение Pu/U вследствие каких-либо геохимических факторов становится больше, чем в исходном топливе» ([21], с. 42–43; выделения наши. —Н.К.). Иначе говоря, авторами выявлено превышение отношения плутония к урану в 5 раз (!), как если бы это должно было быть. А завершают они так: «Таким образом, вопрос об изотопном отношении в продуктах изменения облучённого ядерного топлива остаётся открытым» (с. 43).