Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

Из-за того что различие массы между молекулами гексафторида урана-238 и гексафторида урана-235 ещё меньше, чем различие массы между ураном-235 и ураом-238, даже для получения малообогащенного реакторного урана требуется многократное повторение цикла центрифугирования. На заводах по обогащению урана обычно работают сотни или даже тысячи центрифуг, объединённые в каскады, при этом все центрифуги в каскадах должны постоянно работать без ремонта в течение нескольких лет. Такие каскады при мощности одной установки в 100 кВт, потребляют электроэнергию от 580 000 до 816 000 кВт/ч. Для получения одного килограмма боевого обогащённого урана-235 необходимо переработать 220 кг природного урана-238. На бомбу, сброшенную на Хиросиму, потребовалось 60 кг боевого обогащённого урана-235, которые были получены из 13 т природной смеси урана-238 и урана-235, при этом было использовано 7 тысяч центрифуг, занимавших площадь, равную площади пяти футбольных полей. Заводы по обогащению урана, работающие на основании существующих технологий, практически невозможно скрыть, причём количество и технические характеристики центрифуг позволяют определить, для чего обогащают уран – для реактора атомной станции или для ядерного оружия.

Однако появившемуся ещё во время Второй мировой методу обогащения урана центрифугированием есть физические альтернативы (в которых, правда, всё равно ключевым игроком является гексафторид урана). В начале 1990-х австралийская компания SILEX разработала технологию обогащения урана путём облучения молекул гексафторида урана лазером. Лазерное излучение с определенной частотой способно селективно возбуждать и ионизировать только гексафторид урана-235, не воздействуя на гексафторид урана-238. Возбужденные и ионизированные молекулы гексафторида урана-235 легко отделяются от сохранивших все свои электроны молекул гексафторида урана-238 с помощью электромагнитного поля. Несколько таких лазерных камер способны заменить тысячи центрифуг. От введения в строй установки по лазерному обогащению до создания урановой бомбы пушечного типа (и даже плутониевой имплозивного типа) могут пройти считаные годы, даже в не самой технологически развитой стране.

Американское физическое общество уже подало петицию в Комитет по ядерной безопасности и лицензированию, предлагая строго соблюдать правила выдачи лицензий, чтобы оградить распространение этой технологии. Это связано с тем, что лазерная технология обогащения урана не сильно отличается от стандартного использования лазеров в лаборатории любой мало-мальски научно и технологически развитой страны. Небольшая площадь таких установок (по оценкам, в разы меньше заводов, использующих центрифуги) позволит вести обогащение в компактном сооружении, и отследить это будет очень трудно.

Но тем не менее – обогащаем ли мы уран лазером или центрифугами, нужен ли этот уран для разрешения энергетического кризиса или для создания кризиса политического, для получения урана не обойтись без умелых и опытных (или безрассудных) химиков, способных синтезировать и сохранить достаточное количество гексафторида урана.

Хотя этот раздел и посвящен веществам неорганическим, в заключение я решил рассказать про органическое вещество, но не простое – а то самое вещество, получение которого в 1828 году показало, что между органической и неорганической химией не стоит «Великая стена», и как говорят учебники по школьной и вузовской химии: «Оно нанесло смертельный удар теории витализма».

Что общего у кремов для ухода за кожей, жевательной резинки и удобрений? Для изготовления всех этих вещей требуется карбамид или мочевина – первая молекула, вырабатывающаяся живыми организмами, которая была синтезирована в лаборатории.

Синтезировать мочевину в лаборатории из неорганических соединений впервые удалось немецкому химику Фридриху Вёлеру, который получил её в Берлине в 1828 году с помощью реакции цианата серебра и хлорида аммония:

AgNCO + NH4Cl → (NH2)2CO + AgCl

Получение органического вещества (заметим, что тогда органические соединения воспринимались не как «производные углеводородов» или, как привычнее, «соединения углерода», а только как вещества, образующиеся в объектах живой природы) из неорганических соединений шло вразрез с популярной в то время концепцией витализма – учению о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями, – «жизненной силы».

Как часто бывает в научных открытиях подобного рода, Вёлер не ставил целью синтез органического вещества из неорганических соединений, он просто хотел получить цианат аммония с помощью обменной реакции. Ещё одним современным заблуждением является то, что открытие Вёлера сразу же похоронило витализм.

Строго говоря, сам Вёлер был даже расстроен своим открытием и написал шведскому химику Берцелиусу письмо, в котором говорил, что он стал свидетелем «великой трагедии в науке – убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». «Прекрасной гипотезой» был витализм; «уродливым фактом» – пробирка с кристаллами мочевины. Правда, насчет «свидетеля» Вёлер всё же поскромничал – если рассматривать смерть концепции витализма как дело об убийстве, то роль Вёлера в нем явно должна быть не свидетельской, а ролью обвиняемого – в непредумышленном убийстве концепции витализма по неосторожности.

Вероятно, миф о Вёлере зародился в какой-то научно-популярной книге об истории химии 1930-х годов, которая, игнорируя все претензии на историческую точность, превратила Вёлера в рыцаря, совершающего попытку за попыткой синтезировать природное вещество, которое опровергло бы витализм и сдернуло покров невежества, до тех пор, пока «в один день не свершилось чудо». Тем не менее, хотя работа Вёлера и не была целенаправленной, значение его случайного синтеза оказалось настолько важно, что всё равно мы считаем его «отцом-основателем» синтетической органической химии.

Мочевина была известна задолго до того, как Вёлер получил возможность подержать в руках пробирку с «уродливым фактом» – за век до этого события врач из Нидерландов Герман Бургаве выделил мочевину, перерабатывая мочу. Бургаве считается основателем теоретической медицины, сам он всегда считал себя врачом-теоретиком и практиком и никогда не претендовал на лавры химика, его исключительно химическая работка по выделению мочевины первоначально вообще была опубликована одним из его учеников (правда, от имени самого Бургаве).