Моисей Нейман - Термоядерное оружие

Такое при обычных условиях твердое соединение урана, давление пара которого равно 1 атм при 54,6° C, существует — это фтористый уран UF 6. В настоящее время известны химические методы получения из урановых руд фтористого урана. Это соединение весьма ядовито, поэтому при работе с ним приходится соблюдать ряд предосторожностей.

Если фтористый уран, приготовленный из природного урана, заставить в виде пара проникать через специально приготовленную пористую перегородку, как показано на рис. 19, и отделить 60% вещества, которое прошло сквозь перегородку, от тех 50%, которые еще не успели продиффундировать, то оказывается, что первая часть несколько обогащена легким изотопом урана, а во второй части содержание легкого изотопа понижено. Если из первой части химическими методами выделить металлический уран, то в нем окажется уже не 0,720% урана 235, а около 0,722%. Если такой несколько обогащенный фтористый уран заставить еще раз диффундировать через пористую перегородку и снова отделить первую часть, то содержание в ней урана 235 опять немного повысится. Необходимо произвести несколько тысяч таких последовательных обогащений фтористого урана, чтобы в конце концов получить продукт, содержащий уран 235 почти без примеси урана 238.

Для постройки таких газодиффузионных заводов необходимо изготовить надежно работающие пористые перегородки, огромное количество труб различных диаметров из нержавеющих материалов, большое число насосов различной величины для перекачивания газов и к ним электромоторы различной мощности. Длина трубопроводов на таком заводе исчисляется сотнями километров, причем все соединения труб и насосов не должны пропускать наружу даже следов фтористого урана. Все операции на таком заводе должны быть автоматизированы.

Потребляя большие количества фтористого урана, завод диффузионного разделения выдает два продукта — фтористый уран, содержащий почти чистый уран 235, и фтористый уран, сильно обогащенный ураном 238.

На металлургическом заводе из первого продукта выделяют уран 235 небольшими порциями, масса которых меньше критической. Из второго продукта выделяется уран, содержащий около 99,7% урана 238. Первый продукт является весьма ценным ядерным горючим. Второй же продукт в течение ряда лет считался отходом и почти не находил применения.

Сравнительно недавно найден был способ использовать этот продукт для изготовления трехфазных урановых бомб. Кроме того, уран 238 может быть использован в атомных реакторах, воспроизводящих ядерное горючее.

Завод диффузионного разделения изотопов урана — огромное предприятие, оснащенное передовой техникой и полностью автоматизированное. Такой завод потребляет большое количество электроэнергии, так что обслуживающая его электростанция должна иметь мощность порядка 1 млн. квт . В атомной промышленности часто пользуются не природным ураном, а обогащенным, содержащим повышенный процент урана 235.

На диффузионном заводе обогащенный уран можно получать, если значительно уменьшить число ступеней обогащения. Ясно, что постройка и эксплуатация такого завода должна стоить значительно дешевле, чем постройка и эксплуатация завода, на котором получается чистый изотоп урана 235.

Плутоний— химический элемент, который в земной коре содержится в совершенно ничтожном количестве. Он получается искусственно в результате облучения урана нейтронами. Быстрые нейтроны, попадая в ядра урана 238, вызывают его деление, а медленные нейтроны поглощаются ядрами урана 238, причем получается новый изотоп урана — уран 239 — по реакции

Избыток энергии выделяется при этом в виде гамма-излучения. Изотоп U 239радиоактивен. Он распадается, испуская бета-частицы, период его полураспада равен 23,5 минуты. Распад U 239происходит по уравнению

Образовавшийся элемент № 93 получил название нептуний. Изотоп нептуния Np 239также радиоактивен. Его период полураспада равен 2,3 дня. Распадаясь, он выбрасывает бета-частицу по уравнению

В результате бета-распада нептуния образуется изотоп нового элемента — плутония.

Искусственно получаемый изотоп плутония 94Pu 239приобрел огромное значение в атомной технике. Объясняется это тем обстоятельством, что он является прекрасным ядерным горючим, может производиться в достаточно больших количествах из доступного сырья и хотя является неустойчивым, но распадается с испусканием альфа-частиц очень медленно: его период полураспада равен 24 000 лет.

Для производства плутония необходимо каким-нибудь способом получать медленные нейтроныи бомбардировать ими уран 238. Такие процессы осуществляются в ядерных реакторах. Часть образующихся при этом нейтронов замедляется специальным замедлителем и поглощается ураном 238. Получающийся уран 239 распадается с образованием нептуния 239, а последний в свою очередь, распадаясь, превращается в плутоний 239. Так как в качестве основного исходного продукта в большинстве работающих в настоящее время ядерных реакторов применяется уран, то эти установки называются урановыми реакторами (или котлами).

Схема ядерного реактора приведена на рис. 20. Центральная часть реактора, его активная зона, состоит из графитового замедлителя — кирпичей 1 , в которых имеются каналы. В эти каналы вставляются тепловыделяющие элементы 2 , представляющие собой стержни или пластины, изготовленные из обогащенного урана. Блоки урана имеют небольшие размеры, так что быстрые нейтроны, образующиеся при делении урана 235, вылетают из тепловыделяющих элементов наружу и попадают в графит.

Графит почти не поглощает нейтроны и является хорошим замедлителем. Сталкиваясь с ядрами углерода, из которого состоит графит, нейтроны теряют энергию и после нескольких десятков столкновений двигаются со сравнительно малой скоростью. Медленные нейтроны, попадая в тепловыделяющие элементы, поглощаются ураном 235 и вызывают его деление. При каждом делении урана 235 взамен одного поглощенного нейтрона образуется два или три новых. Поэтому при правильно рассчитанной конструкции реактора в нем может возникнуть цепная реакция.