Я

Ядерное горючее

Ядерное горючее - вещества, способные поддерживать цепные ядерные реакции; делящиеся ядра некоторых изотопов урана и плутония.

Мы знаем, что атомная (ядерная) энергия - это прежде всего очень большая энергия. Но насколько большая? При делении под действием нейтрона одного ядра ура-на-235 освобождается 200 Мэв - столько же энергии выделяется при окислении нескольких сотен миллионов атомов углерода. Все эти энергетические расчеты имеют смысл лишь при одном условии: в процессе деления должно образоваться такое количество свободных нейтронов, чтобы ядерная реакция могла себя поддерживать, иметь цепной характер.

Получение изотопов плутония-239 и урана-233

Из всех атомных ядер, существующих в природе в сколько-нибудь заметных количествах, этому условию отвечают лишь ядра редкого изотопа урана-урана-235 (его доля в природной смеси изотопов урана-0,7%, остальные 99,3% приходятся на "балластный" уран-238). В середине XX в. были созданы методы обогащения урана, его легким изотопом, основанные на минимальных различиях физико-химических свойств изотопов. В энергетических ядерных реакторах обычно используют уран, в котором содержится 2-4% урана-235. Уран-235 - единственное первичное ядерное горючее.

Вторичное ядерное горючее - изотопы плутоний-239 и уран-233-получают в результате ядерных реакций. Как и почему это происходит, разберем на примере плутония-239.

Под действием тепловых нейтронов, энергия которых - величина одного порядка с энергией тепловых колебаний атома (0,025 эВ), в природном уране происходят параллельно две ядерные реакции. Ядро урана-235, поглотив нейтрон, делится, дает энергию. А ядра урана-238, которого во много раз больше, способны захватывать нейтроны и превращаться при этом в уран-239. Это короткоживущие, нестабильные ядра. Всего за 23 мин (физики говорят: период полураспада 23 мин) половина образовавшихся ядер распадается, испустив по β^--частице. При этом заряд ядра увеличится на единицу, уран-239 станет нептунием-239. Но и ядра нептуния-239 распадаются с периодом полураспада 56 ч и превращаются в плутоний-239. В наши дни этот изотоп с периодом полураспада 24 000 лет - главное ядерное горючее. Именно его накапливают в ядерных реакторах, получая из урана-238.

В перспективе будет широко использоваться в атомной энергетике уран-233, получаемый по такой цепочке ядерных реакций:

Выделение ядерного горючего, очистка его от "сырья" и осколочных элементов представляет собой сложнейший комплекс химических и физико-химических процессов.