Деление ядер атомов - это самопроизвольное, или под действием нейтронов, раскалывание ядра атома на 2 примерно равные части, на два "осколка".
Осколки - это два радиоактивных изотопа элементов центральной части таблицы Д. И. Менделеева, примерно от меди до средины элементов-лантаноидов (самария, европия).
При делении вылетают 2-3 лишних нейтрона и выделяется избыток энергии в виде гамма-квантов, гораздо больший, чем при радиоактивном распаде. Если на один акт радиоактивного распада обычно приходится один гамма-квант, то на 1 акт деления приходится 8?10 гамма-квантов! Кроме того разлетающиеся осколки обладают большой кинетической энергией (скоростью), которая переходит в тепловую.
Вылетевшие нейтроны могут вызвать деление двух-трёх аналогичных ядер, если те окажутся поблизости и если нейтроны попадут в них.
Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии.
Если цепную реакцию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющуюся энергию (тепло), то эту энергию ("атомную энергию") можно использовать либо для отопления, либо для получения электроэнергии. Это осуществляется в атомных реакторах, на атомных электростанциях.
Если же позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный (ядерный) взрыв. Это уже - ядерное оружие.
В природе имеется только один химический элемент - уран, у которого есть только один делящийся изотоп - уран-235. Это оружейный уран. И этого изотопа в природном уране 0,7%, то есть всего 7 кг в тонне! Остальные 99,3% (993 кг в тонне) - неделящийся изотоп - уран-238. Есть, правда, ещё один изотоп - уран-234, но его всего 0,006% (60 граммов в тонне).
Но в обычном урановом атомном реакторе из неделящегося ("неоружейного") урана-238 под действием нейтронов (нейтронная активация!) образуется новый изотоп урана - уран-239, а из него (путём двойного бета-минус распада) - новый, искусственный, не имеющийся в природе элемент плутоний. При этом сразу образуется делящийся изотоп плутония - плу-тоний-239. Это оружейный плутоний.
Деление ядер атомов - это суть, основа атомного оружия и атомной энергетики.
Критическая масса - это такое количество оружейного изотопа, при котором нейтроны, выделяющиеся при самопроизвольном делении ядер, не вылетают наружу, а попадают в соседние ядра и вызывают их искусственное деление.
Критическая масса металлического урана-235 - ЎЦ 52 кг. Это шар диаметром 18 см.
Критическая масса металлического плутония-239 - ЎЦ 11 кг (а по некоторым публикациям - 9 и даже 6 кг). Это шар диаметром около 9-10 см.
Таким образом, сейчас у человечества имеется два делящихся, оружейных изотопа: уран-235 и плутоний-239. Разница между ними только в том, что уран, во-первых, более пригоден для использования в атомной энергетике: он позволяет управлять своей цепной реакцией, а во-вторых, он менее эффективен для осуществления неуправляемой цепной реакции - атомного взрыва: у него меньшая скорость самопроизвольного деления ядер и больше критическая масса. А оружейный плутоний, наоборот, более пригоден для ядерного оружия: у него большая скорость самопроизвольного деления ядер и гораздо меньше критическая масса. Плутоний-239 не позволяет надёжно управлять своей цепной реакцией и поэтому пока ещё не нашёл широкого применения в атомной энергетике, в атомных реакторах.
Именно поэтому все проблемы с оружейным ураном были решены в считанные годы, а попытки использовать плутоний в атомной энергетике продолжаются до сих пор - уже более 60 лет.
Так, через два года после открытия деления ядер урана был запущен первый в мире урановый атомный реактор (декабрь 1942 года, Энрико Ферми, США), а ещё через два с половиной года (в 1945 году) американцы взорвали первую урановую бомбу.
А с плутонием... Первая плутониевая бомба была взорвана в 1945 году, то есть примерно через четыре года после его открытия как химического элемента и открытия его деления. Причём, для этого потребовалось сначала построить урановый атомный реактор, наработать плутоний в этом реакторе из урана-238, затем выделить его из облучённого урана, хорошо изучить его свойства, изготовить бомбу. Наработали, выделили, изготовили. А вот разговоры о возможности использования плутония в качестве ядерного горючего в плутониевых атомных реакторах так и остались разговорами, и остаются таковыми вот уже более 60 лет.
Процесс деления можно характеризовать "периодом полуделения".
Впервые периоды полуделения оценили К. А. Петржак и Г. И. Флёров в 1940 г.
И у урана, и у плутония они крайне велики. Так по разным оценкам, у урана-235 период полуделения составляет примерно 1017 (или 1018 лет (Физический энциклопедический словарь); по другим данным - 1,8·1017 лет. А у плутония-239 (по данным того же словаря) существенно меньше - примерно 1015,5 лет; по другим данным - 4·1015 лет.
Для сравнения напомним периоды полураспада (Т1/2). Так у U-235 он "всего" 7,038·108 лет, а у Pu-239 и того меньше - 2,4·104 лет
Вообще, делиться могут ядра многих тяжёлых атомов, начиная с урана. Но мы ведём речь о двух основных, которые вот уже более 60 лет имеют огромное практическое значение. Другие представляют, скорее, чисто научный интерес.
Федоров Роман, это не совсем так, там более сложная ситуация. при делении ядра рождаются быстрые нейтроны, а они могут быть захвачены как 235 так и 238, а чтобы была цепная реакция нейтрон должен удать именно в 235. поэтому в реакторе специально используется замедлитель (вода), медленные нейтроны не захватываются 238 и потому с большей вероятностью приводят к цепной реакции. поэтому топливо стоит как бы ячейками, много столбиков с топливом, а вокруг них вода, только так достигается критическая масса для реактора. потому при расплаве зоны и слипании топлива критической массы не получится, и вливание воды туда не приведёт к цепной реакции так как замедлитель будет только по поверхности нашего уранового шарика, а нужен "слоёный пирог". вот если бы топливо даже сохранило форму изначальных твэлов и между ними оказалось достаточное количество воды тогда взрыв был бы возможен, но по факту он недостижим так как при начале реакции, т.е. когда вода начнёт поступать между твэлов температура начнёт расти и вода будет испаряться. поэтому реально опасности ядерного взрыва небыло, но точно этого никто не знал и она всерьёз рассматривалась.
Недавно посмотрел документальный фильм "Битва за чернобыль", в этом фильме один советский ученый сказал, что после аварии была опасность второго взрыва. По его словам, если расплавленный уран, графит и воду смешать вместе с критической массой 1400кг. произойдет ядерный взрыв мощностью несколько мегатонн. Хочу услышать мнение специалистов.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
