Техника - молодёжи 1997-11, страница 7
И ЭЛЕМЕНТЕ ПЛУЮНИИ-ИИШЙШМШШ Л Абрама Федоровича Иоффе — директора Физико-технического института... — Очень любопытно, — сказал Сегре — А мне, между прочим, тоже спонтанное деление принесло немало горьких минут. Я расскажу об этом в книге об Энрико Ферми, которая скоро выйдет. Я вам обязательно ее пришлю. Слово свое он сдержал: у Флерова в библиотеке была эта книга, и мы к ней еще вернемся. Но прежде хотим рассказать, почему Курчатов тогда так поступил, зная это со слов первооткрывателей явления, с которыми нам обоим довелось общаться достаточно много. — У Игоря Васильевича, — рассказывал Г.Н., — не сложились отношения с Виталием Григорьевичем Хлопиным. Две выдающиеся личности, но — разные школы, характеры, возраст... Часто так бывает. Нет, конечно, никаких прямых столкновений не было и не могло быть, но и контакта тоже не получилось. — А я в то время работал у Хлопина в Радиевом институте, — вторил К.А.Петр-жак (профессор, доктор физико-математи-ческих наук, коренной петербуржец). — Если бы Курчатов как организатор всей работы, но формальный руководитель лишь одного из нас, вошел в число соавторов, то, по существовавшим в советской науке правилам, пришлось бы включить и Хлопина... Курчатов этого активно не хотел!.. Сверху — «пушечный» вариант атомной бомбы. Ее можно было снарядить только ура-ном-235. Обозначения: 1 — полушария из урана; 2 - отражатель нейтронов; 3 — детонатор; 4 обычная (химическая) взрывчатка; 5 — корпус; 6 — инициирующий источник нейтронов; 7 — нейтроны спонтанного деления. Скорость сближения полушарий достигала 1000 м/с. А теперь, как обещано, о горьких минутах Сегре. В 1944 г. в его хижину-лабораторию стали поступать первые промышленные образцы плутония. Их нарабатывал мощный Ханфордский реактор. Уран там облучали громадными по тем временам нейтронными потоками. Оттого накопленный плутоний, кроме 239-го изотопа, содержал еще и 240-й и 241-й. Проследим цепь ядерных превращений: уран — нептуний — плутоний. Если ядро урана-238 «заглотит» нейтрон, то, естественно, превратится в уран-239. Испустив ядерный электрон в результате бета-распада, оно станет ядром нептуния-239, а после еще одного бета-распада — плутони-ем-239. Но в мощных нейтронных потоках возможен последовательный захват 2-3 нейтронов и даже больше (последнее редкость). Тогда в накопленном плутонии неизбежны примеси изотопов большей массы. Нечетные изотопы способны делиться замедленными, «тепловыми», нейтронами и быть ядерным топливом. А вот 240-й изотоп — такой же «балласт», как и сам уран-238. Зато по части спонтанного деления он — лидер. Его ядра сами собой делятся в 50 ООО чаще чем у плутония-239 и в 400 000 раз чаще, чем урановые. Внизу слева — имплозианый вариант А-бом-бы. Сферическая ударная аолна, созданная азрывом ВВ, распространяется со скоростью до 9000 м/с и жимает плутониевую сердцевину. Обозначения: 1 — детонаторы, синхронно инициирующие взрыв; 2 — заряды ВВ; 3 — ядерный заряд; 4 — нейтронный источник; 5 — корпус и отражатель нейтронов. Внизу - упрощенная схема реактора на быстрых нейтронах для расширенного воспроизводства ядерного горючего. Обозначения: 1 — активная зона, загруженная плутонием и не содержащая материалов, замедляющих нейтроны; 2 — урановый бланкет, в котором накапливают вторичный плуто ний; 3, 4 — нейтронная и биологическая защита; 5 — ввод теплоносителя, не содержащего легких элементов, для охлаждения активной зоны. В таких реакторах, кроме плутония, делится и уран-238, на его долю может приходиться до 30% энергии деления. «Когда моя группа измерила вероятность спонтанного деления плутония-240, — пишет Сегре в своей книге, — стало ясно, что реакторный ПЛУТОНИИ НЕПРИГОДЕН ДЛЯ БОМБЫ». НЕПРИГОДЕН ДЛЯ БОМБЫ? Выводы, полученные в xs-жине, немедленно стали предметом обсуждения высокого началь ства. Кроме Сег ре, участвовали Роберт Оп-пенгеймер, Энрико Ферми, Джеймс Кон-нант и другие специалисты. Казалось, сотни миллионов долларов, затраченных на плутониевый проект, со свистом вылетели в трубу. Коннант не сдержал эмоций: «Столько сил потрачено, и все зря!» — такими словами заключил он дебаты. Почему спонтанное деление (главным образом, ядер примесного четного изотопа) так обескуражило физиков? В отличие от альфа-, бета- и гамма-рас-пада, дельта-распад (так в 40-х гг. иногда называли это деление — название не прижилось) сопровождает вылет нейтронов. Не очень многих — чуть больше 220 на сотню распадов. Но они-то и «портят» плутоний. Казалось, безнадежно. Почему? Вспомним известный из учебников «пушечный» метод подрыва ядерной взрывчатки. Быстро сводятся два полушария из делящегося материала, тем самым достигается критическая масса, и пошла неуправляемая цепная реакция: происходит ядерный взрыв. Если же из полушарий вылетает много спонтанных нейтронов, а это и случается из-за примеси 240-го изотопа, то еще до достижения критмассы величина нейтронного потока превысит запретный рубеж раньше, чем сольются полушария. В итоге вместо взрыва произойдет нейтронная вспышка, на которую израсходуется лишь малая часть делящегося материала... Ситуация по поговорке: гора (расходов) родила мышь (энерговыделения). Как уйти от такой напасти? Обрабатывать уран слабыми нейтронными потоками? Извлекать его из реактора прежде, чем начнет образовываться примесь 240-го? Ни одно из очевидных решений не проходило по чисто экономическим соображениям. Из тупика, как это часто бывает, вывело умное техническое решение. Американский физик Сет Г. Неддермайер предложил новый способ достижения критической массы методом имплозии, т.е. сжатия, уплотнения плутониевого «шарика» ударной волной. Последнюю создавал подрыв определенным образом рассчитанных и размещенных внутри оболочки химических взрывчатых веществ (можете сравнить схемы). В основе этой конструкции — закономерность, нашедшая отражение в простенькой формуле: МхР2 = Т (const.). В момент взрыва произведение критической массы М на квадрат плотности делящегося материала — есть величина постоянная Т. Давление в сотни тысяч атмосфер позволяет увеличить плотность и без того тяжелого плутония до величин, способных дать Т Из формулы следует, что двукратное возрастание плотности уменьшает критмассу в 4 раза... Но поначалу разработка конкретных устройств для имплозии шла со скрипом. Все более или менее обустроилось лишь после ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 1 ' 9 7 5 |
