Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
секунд. Этого времени вполне достаточно, чтобы погасить «атомный огонь» вручную, без всякой автоматики, погружая в толщу реактора стержни из бора или кадмия (сечения захвата нейтронов для них огромны: для кадмия, например, 0захв = 245О барн).
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
Названия «атомная энергия», «атомный реактор», «атомная бомба» — дань исторической традиции. В действительности при этом речь всегда идет о ядерной энергии, ядерном реакторе и ядерной бомбе. И хотя инерцию общепринятого словоупотребления преодолеть теперь, по-видимому, уже нельзя, помнить об этом следует.
В среду, 2 декабря 1942 г., в 15 ч 25 мин по местному времени на теннисном корте под трибунами стадиона в Чикаго Энрико Ферми впервые в истории человечества осуществил управляемую ядерную реакцию в «атомном котле». Первый ядерный реактор представлял собой сплющенный эллипсоид диаметром 8 м и высотой 6 м, сложенный из 385 т графитовых брикетов, между которыми на расстоянии 21 см друг от друга было размещено 46 т урановых блоков весом 2 кг каждый, то есть в целом реактор был похож на кристалл с кубической решеткой. Мощность этого реактора — 40 Вт — была меньше мощности горящей спички, и после 28 мин работы ядерная реакция в нем была остановлена с помощью кадмиевых полос. Криков восторга не было, лишь Вигнер откупорил припасенную им бутылку кьянти — любимого вина Ферми. 43 участника и свидетеля этого события понимали его значительность: отныне пути назад, в доатомную эру, больше не было.
В среду 25 декабря 1946 г., в 19 часов в Москве под руководством Игоря Васильевича Курчатова запущен первый советский ядерный реактор.
15 декабря 1948 г. неподалеку от Парижа под руководством Ирэн и Фредерика Жолио-Кюри запущен французский ядерный реактор.
27 июня 1954 г. вступила в строй первая в мире атомная электростанция в г. Обнинске под Москвой мощностью 5 МВт.
С тех под прошло не так много лет, но уже сейчас свыше 400 ядерных реакторов в 26 странах мира вырабатывают более 300 ГВт электроэнергии — около 16% всей электроэнергии на Земле, то есть больше, чем все гидростан-
10 Л. И. Пономарев 259
ции мира. Во Франции АЭС вырабатыва ют 70 % электроэнергии, а к концу ве-ка эта доля возрастет до 85 % (во всем мире — до 30 %).
История овладения атомной энергией уникальна во многих отношениях: по значимости проблемы, обстоятельствам, сопутствовавшим ее решению, и последствиям, которые еще далеко не всеми осознаны. В науке и раньше так случалось, что два исследователя независимо друг от друга открывали одно и то же явление. Само по себе это не очень удиви-верим в объективность законов природы.
Но впервые случилось так, что сотни и тысячи людей, разделенные океанами, пожаром войны и стеной секретности, последовательно, шаг за шагом приходили к одинаковым заключениям, ставили и решали одни и те же научные, технологические и инженерные задачи и примерно в той же последовательности. Только в 1955 г., после 15 лет практически полной изоляции, ученые из СССР и США, Франции и Англии, Канады и Японии — всего 79 стран — собрались в Женеве на Первую международную конференцию по мирному использованию атомной энергии и смогли убедиться, что их независимые измерения и формулы совпали с большой точностью. Мало того, часто совпадали даже обозначения в формулах, полученных в разное время и разными людьми. Как будто Книга Природы открылась всем им одновременно, а они лишь записали ее письмена.
Оглядываясь назад, трудно удержаться от удивления, насколько узкой оказалась тропа и сколь хрупким мостик из века пара и электричества в эпоху атома и ядра. Ведь любой из четырех сомножителей в формуле для коэффициента размножения нейтронов мог оказаться на 5—10 % меньше — и реактор на природном уране был бы невозможен. А если бы не запаздывающие нейтроны, то управление реактором стало бы специальной и трудной проблемой.
Все физические процессы, происходящие внутри ядерного реактора, мы знаем теперь во всех деталях. Для начала цепной реакции в принципе достаточно даже одного нейтрона. В толще урана они всегда есть: каждую секунду в 1 кг урана спонтанно делятся 7 ядер, и вылетающие при этом нейтроны могут служить «спичкой», поджигающей «урановый костер». Вылетевшие нейтроны, прежде чем дать 290
начало новому поколению нейтронов, живут в реакторе меньше тысячной доли секунды. За это время они успевают испытать с ядрами углерода 114 соударений, пройти путь 54 см, замедлиться до тепловых скоростей и вызвать новое деление ядра урана. Число нейтронов в реакторе нарастает лавинообразно и через несколько секунд достигает уровня, который заранее задан расположением регулирующих стержней поглотителей. В каждом кубическОхМ сантиметре объема мощного реактора содержится примерно пол миллиарда нейтронов, которые всегда «находятся в пути» от одного ядра урана к другому. В целом же внутри корпуса реактора устанавливается некоторое стационарное распределение нейтронов, так называемое нейтронное поле довольно сложной конфигурации, которое отчасти можно уподобить распределению электрического поля в электролитических ваннах. Им можно управлять, иногда оно испытывает колебания и всегда является предметом пристального внимания физиков и повседневных забот инженеров.
В целом, несмотря на сложность физических процессов, происходящих в «атомном котле», его принципиальная схема оказалась проста до чрезвычайности. «Урановый реактор олицетворяет собой самое гениальное и замечательное достижение разума за всю историю человечества»,— писал Фредерик Содди в конце жизни, через 50 лет после начала своих опытов с ураном и торием.
Спонтанное деление урана
ВОКРУГ КВАНТА
В феврале 1939 г. статьи Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриша почти одновременно дошли до Ленинграда. Как и повсюду, в лаборатории И. В. Курчатова немедленно начались эксперименты. Вскоре там тоже наблюдали осколки ядер урана, и уже в апреле Георгий Николаевич Флеров и Лев Ильич Русинов измерили число вторичных нейтронов деления v = 3±l, а в мае 1940 г. Флеров и Константин Антонович Петржак натолкнулись
