Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Рис. 2. Деление атома ура­на: а — нейтрон захваты­вается ядром U235; б — об­разуется возбужденное ядро U236; в — начало процесса деления; какие образуются осколки, еще неизвестно; г — ядро разделилось на два неравных осколка, осколки отталкиваются друг от дру­га, потому что у обоих по­ложительный заряд; д—ос­колки испускают вторичные нейтроны.

Сразу же после того, как было открыто деление урана, физики установили, что оно интересно не толь­ко очень большой выделяю­щейся энергией, но и тем, что при делении возникают вторичные нейтроны. Если, например, разделить ядро 92U238 пополам, получается два ядра палладия 48Pd119. Но в природе существуют только изотопы палладия с массовым числом не более 110. Значит, в каждом из получившихся ядер по 6 «лишних» нейтронов. Эти ядра палладия (осколки де­ления) будут радиоактив­ны, а часть нейтронов мо­жет при делении сразу же быть отброшенной. Так оно и происходит на самом де­ле. При делении ядер ура-на-235 отбрасываются в среднем 2,5 нейтрона, «не уместившихся» в разлетаю­щихся осколках.

Как только были от­крыты вторичные нейтроны, стало ясно, что при деле­нии урана возможна цеп­ная реакция. Ведь если один нейтрон вызовет одно деле­ние, то следующие 2,5 ней­трона вызовут 2,5 деления и т. д.! Можно было пред­положить, что стоит взять достаточно большой кусок чистого урана (чтобы доля улетающих наружу нейтро­нов была невелика), и цеп­ная реакция приведет его к взрыву.

Если бы оказалось так, то атомная бомба была бы создана уже в 1939 г. Но ученые установили, что лишь один природный изо­топ урана — уран-235 де­лится при попадании в него любых нейтронов, а этого изотопа в природном уране лишь 0,7% . Основная масса урана — уран-238 делится лишь под действием «быст­рых» нейтронов, энергия ко­торых более миллиона элек­трон-вольт и скорость более 14 000 км/сек. У вторичных нейтронов, испускаемых де­лящимися ядрами, более высокая энергия. Они мог­ли бы делить и уран-238, но природа подстроила им «ловушку». При столкнове­нии с атомами урана у нейтронов гораздо больше шансов возбудить их и от-

дать им часть своей энергии, чем разделить. Поэтому в уране-238 вторичные нейтроны хоть и могут вызвать деления, но в небольшом количестве. Цепная реакция развиваться в нем не будет.

ЖИЗНЬ НЕЙТРОНОВ В РЕАКТОРЕ

Если бы мы захотели вскипятить чайник, зажигая под ним спички одну за другой, то напрасно потеря­ли бы время; точно с таким результатом можно облу­чать небольшой кусок урана нейтронами: будет проис­ходить большое количество делений, но кусок урана не только но взорвется, а даже не нагреется. Ведь для выделения тепловой мощности всего в один ватт в уране должно происходить ни много ни мало 3,1•1010 де­лений в секунду!

Чтобы получить в атомном реакторе от реакции деления большое и постоянное количество тепла, нуж­но, чтобы уран все время облучался очень мощным потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть только вторичными, возникшими при делении урана, потому что у нас нет других таких мощных нейтронных источ­ников. Значит, одно «поколение» нейтронов, сменяя другое, должно быть количественно равным ему. При делении возникает в 2,5 раза больше нейтронов, чем расходуется. Чтобы следующее поколение нейтронов было таким же, как предыдущее, нужно, чтобы из всех возникших вторичных нейтронов ровно столько же израсходовалось на деление ядер урана, а избыток — на другие процессы.

Проследим за короткой жизнью нейтронов в атом­ном реакторе.

Нейтроны, рождающиеся при делении урана, назы­ваются быстрыми нейтронами. Их энергия равна при­близительно миллиону электрон-вольт, а скорость — 14 000 км/сек. Быстрые нейтроны не очень активно делят уран-235. Чтобы вызвать деление, быстрый ней­трон должен пролететь в куске урана-235 в среднем 8 см. В природном уране, до того как быстрому ней­трону удастся разделить ядро урана-235, он должен пролететь 11,5 м! На самом же деле нейтрон не может пролететь такое расстояние; он гораздо раньше погло­щается ядрами урана-238. Поэтому в сплошной массе естественного урана быстрые нейтроны, рождающиеся при делении, не могут вызвать цепную реакцию.

Совсем иначе ведет себя попавший в уран медлен­ный нейтрон. Его энергия равна 0,025 электрон-вольт и скорость всего 2,2 км/сек. В куске чистого урана-235 такой нейтрон вызовет деление уже на пути в 0,33 мм! Чтобы вызвать деление в куске природного урана, мед­ленному нейтрону достаточно пробежать всего 4,7 см. На таком коротком пути у нейтрона уже гораздо мень­ше шансов пропасть, поглотившись в уране-238, так как средний пробег медленного нейтрона в уране-238 до поглощения — 7,2 см.

Посмотрим, что произойдет, если все быстрые ней­троны, вылетающие из делящихся атомов урана, превра­тятся в медленные. При каждом делении урана обра­зуется 2,5 быстрых нейтрона. Если мы замедлим их без потерь — получим 2,5 медленных нейтрона. Мед­ленные нейтроны расходуются в природном уране на три основных процесса: деление урана-235, поглощение в уране-238 и поглощение в уране-235 без деления, но с образованием урана-236. Ученые вычислили вероят­ность этих трех процессов. На пути в 1 см вероятность поглощения нейтрона, приводящего к делению,— 0,21, поглощения в уране-238 — 0,14 и, наконец, погло-

297