В океане энергии

Ядра плутония делятся под воздействием нейтронов. Это чрезвычайно важное обстоятельство. При работе атомного реактора, кроме энергии, образуется плутоний. Плутоний химически отличается от урана и выделить его относительно просто, поэтому атомный реактор, кроме основного назначения быть источником энергии, может использоваться для получения атомного топлива. Наконец, плутоний альфа-радиоактивен с периодом полураспада 24 000 лет. После испускания альфа-частицы ядро плутония превращается в ядро урана-235. Круг, как говорят, замыкается.

В реакции, происходящей в атомном реакторе, участвует меньше 1% от общего количества топлива, но мощность атомного реактора огромна. Огромна потому, что при делении каждого ядра урана-235 выделяется около 150 МэВ энергии. Эта энергия частично выделяется в виде электромагнитных квантов, частично передается осколкам, т. е. веществу топлива, и наконец, частично ее уносят нейтроны. Замедляясь в графите, нейтроны отдают ему свою энергию. В результате и урановые блоки, и графитовые стержни при работе реактора нагреваются, поэтому реактор должен работать в условиях непрерывного охлаждения. В качестве охладителя обычно используют воду. Она выносит тепло из реактора и передает его потребителям — чаще всего турбинам электростанции.

В предыдущих главах мы ввели понятие о качестве энергии и договорились, что качество энергии считается тем выше, чем более упорядоченными представляются нам ее источники. Наметился такой ряд: тепловая энергия (качество самое низкое), механическая энергия (качество несколько выше), электрическая и химическая энергия (качество выше, чем механической).

Зная, сколь велика мощность ядерных реакторов, сразу хочется поставить атомную энергию еще выше по этой шкале. Но дело обстоит далеко не так. Реакции деления происходят хаотически, не говоря уж о том, что делится меньше 1% атомов топлива. Если бы к атомному реактору было применимо понятие коэффициента полезного действия, то мы вынуждены были бы констатировать, что коэффициент этот весьма низок. В чем же секрет больших мощностей? Он заложен, если можно так выразиться, в высокой теплотворной способности ядерного горючего.

Важно и то, что, кроме энергии, атомные реакторы производят чрезвычайно ценные и отсутствующие в природе, но нужные промышленности изотопы различных веществ. Мы описали одну из реакций. На самом деле в атомном реакторе параллельно их протекает несколько.

Тепло из тепла

Есть еще один способ получения ядерной энергии. Помните, у легких ядер энергия связи увеличивается с увеличением атомного номера? Если у дейтерия энергия связи равна 1,9 МэВ на нуклон, то у гелия она оказывается равной 7,03 МэВ на нуклон. Казалось бы, до чего просто! Ведь каждое ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона. Соединяем их вместе и получаем ядро, содержащее два протона (заряд 2) и два нейтрона, т. е. всего 4 нуклона. Каждый нуклон уменьшит свою энергию (энергия связи увеличится) примерно на 6 МэВ, т. е. всего выделится 24 МэВ.