Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв

на новое, неожиданное явление природы — спонтанное деление ядер урана. Оказалось, что даже в отсутствие нейтронов, без внешнего воздействия, ядра урана самопроизвольно взрываются. Это происходит очень редко: период полураспада по каналу деления равен 1016 лет, то есть в миллион раз больше, чем время существования Вселенной, и в два миллиарда раз больше, чем период сс-распада урана. В среднем за час из 3-1021 ядер, содержащихся в 1 г урана, распадается всего 23 ядра. Это очень мало, но именно такие сигналы природы свидетельствуют о самых важных деталях ее устройства.

Естественный ядерный реактор Окло

7 июня 1972 г. при стандартном масс-спектрометрическом анализе урана, поступившего на обогатительный завод во Франции, было обнаружено, что содержание урана-235 в исходном сырье составляет 0,717 % вместо 0,720 %, обычного для всех земных пород, образцов лунного грунта и метеоритов. Поиски источника аномалии привели на рудник вблизи селения Окло в Габоне (Западная Африка). Концентрация двуокиси урана UO2 в месторождении Окло в среднем не превышала 0,5 % (что довольно обычно), но иногда в нем встречались линзы толщиной около метра и протяженностью 10—20 м с концетрацией UO2 до 20—40 %. Именно в этих линзах содержание изотопа урана-235 оказалось значительно меньше обычного (0,72 %) и достигало значения 0,62 %, а иногда 0,44 %.

Некоторое время ученые пребывали в замешательстве: до сих пор не было известно случая, чтобы изотопный состав какого-либо элемента зависел от взятого для анализа образца. Тщательное изучение геологии месторождения показало, 292 что оно расположено в дельте древней реки, в толще осадочных пород, образовавшихся около 1,8 млрд, лет назад, в раннюю протерозойскую эру. В то время сутки были в полтора раза короче нынешних, Европа покоилась на дне океана, вместо Азии было несколько материков, а жизнь только-только зарождалась: в морях уже обитали сине-зеленые бактерии, но пройдет еще около миллиарда лет, прежде чем они освоят процесс фотосинтеза.

Но самое существенное для феномена Окло заключалось в том, что концентрация урана-235 в естественной смеси изотопов урана составляла в то время около 3 %, то есть примерно столько же, сколько в современных водо-водяных ядерных реакторах (напомним, что период полураспада урана-238 равен 4,5 млрд, лет, в то время как урана-235 — только 0,7 млрд. лет). Поэтому каждый раз, когда в линзу урановой руды (размеры которой также сравнимы с объемом активной зоны современных реакторов) попадала вода, в ней начиналась ядерная реакция деления, которая продолжалась до тех пор, пока выделившееся тепло не испаряло воду, и естественный ядерный реактор, лишенный замедлителя, прекращал работу; после остывания линзы и заполнения ее водой реакция начиналась снова. По оценкам реактор Окло работал в таком режиме более полумиллиона лет, хотя средняя мощность его при этом не превышала 25 кВт.

Феномен Окло — замечательный пример явления природы, которое, будучи у всех на виду, тем не менее, подобно электромагнитным волнам, может веками оставаться незамеченным до тех пор, пока не будут изобретены теоретические понятия, необходимые для его адекватного объяснения. Вряд ли имеет смысл подробно пояснять, что без таких понятий, как «атом», «ядро», «нейтрон», «изотопы», «радиоактивность», «период полураспада», «деление», «сечение реакций» и т. д., глубокий смысл отличия двух чисел 0,717 и 0,720 % всего лишь в третьем знаке после запятой попросту никому бы не был понятен, не говоря уж о том, что без современного масс-спектрографа такое различие в содержании изотопа урана-235 вообще нельзя обнаружить.

Кроме того, существование естественного ядерного реактора в далеком прошлом самым убедительным образом доказывает возможность безопасной эксплуатации всех ядерных реакторов настоящего. И, наконец, больная проблема ядерной энергетики — проблема захоронения радиоактивных отходов — выглядит теперь не столь безнадежно: оказалось, что вся «ядерная зола» осталась на том же месте, где она и возникла около 2 млрд, лет назад при горении «ядерного огня».

ГЛАВА 17

Лошадь Нептуна

Идея прогресса, как символ веры в неограниченное нравственнее и умственное совершенствование природы человека, оформилась в V веке, в трудах блаженного Августина. Эта столь привычная теперь идея в корне отличается от античных представлений о смене веков — от золотого до железного— и еще более древних учений о круговороте периодов расцвета и упадка человечества. В XVII веке идея прогресса обрела философское и научное основание, а в следующем веке, дополненная верой в поступательное социальное развитие, получила всеобщее признание.

Движущей идеей прогресса стала наука. «Scientia est ро-tentia» — «Знание — сила» — эти крылатые слова Фрэнсиса Бэкона повторяют уже четыре столетия, хотя теперь уже и без былой гордости: в наше время они приобрели устрашающую наглядность. Та же наука, которая в продолжение трех веков питала и утверждала идею прогресса, теперь довольно точно определяет его пределы. Она бесстрастно свидетельствует, что через 50—100 лет на Земле иссякнут запасы нефти и газа, а еще через 300—500 лет — запасы угля; что при нынешних темпах загрязнения наша планета уже в будущем столетии станет непригодной для жизни; что на Земле сейчас освоено 55 % годных к обработке почв и 15 % пресных вод и что она способна* прокормить и согреть лишь в три раза больше людей, чем теперь.

Человек впервые сталкивается с проблемами такого глобального, по существу космического, масштаба, и никто не может предсказать, как он с ними справится. Одно несомненно: прежде всего ему предстоит решить проблему энергии, поскольку во все времена — от первого костра до атомной электростанции — на ее добывание человек затрачивал примерно треть усилий. Уже сегодня ясно, что без ядерной энергии эту проблему hq решить. И если бы наука нуждалась в оправданиях, одного этого открытия с нее было бы довольно.

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Современная атомная электростанция (сокращенно АЭС) — довольно сложное инженерное сооружение высотой в десятиэтажный дом. Она состоит из двух частей: ядерного реактора, в котором выделяется энергия деления ядер, и парогенератора, который превращает эту тепловую энергию в электрическую. Сердце АЭС — ядерный реактор. Разработаны десятки их разновидностей: уран-графитовые, водо-водяные, на тяжелой воде, на тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах и т. д. Все они жгут одно и то же топливо — уран (естественный или обогащенный изотопом 235U), а их различия обусловлены выбором замедлителя нейтронов, теплоносителя парогенератора, степенью обогащения ядерного топлива и т. д.

Уран-графитовые реакторы ничем принципиально не отличаются от первых реакторов Ферми и Курчатова. Например, реактор мощностью в тысячу мегаватт (или один гигаватт) — это графитовый