Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия
577
Рис. 410. Общий вид атомной электростанции (1954 г.): 1 — реактор, 2 — подъемный кран для замены «выгоревших» урановых стержней, 3, 4 — насос с электродвигателем, обеспечивающий циркуляцию воды через реактор, 5 — теплообменник, 6 — помещение управления реак- тором (пульт управления), 7 — щит с приборами, сигнализирующими о появлении недопустимой радиоактивности в различных помещениях станции ления энергии человечество уже через 50 лет может столкнуться с острой нехваткой угля и нефти. Использование урана спасает положение, так как запас энергии в земных ресурсах урана в 10–20 раз превышает запас энергии в залежах ископаемых органических топлив. Проблема источников энергии получит окончательное решение, когда будет разработана управляемая термоядерная реакция (см. § 228). 2. Трансурановые элементы. При облучении урана нейтро- нами изотоп 238 92
239 92 U. Последний неустой- чив; испытывая β-распад, он образует изотоп элемента 93 — нептуния ( 239 93
239 93 Np испытывает β-распад и в короткое время (период полураспада 2,35 дня) превращается в изотоп элемента 94 — плутония ( 239 94
неустойчив, но распадается очень медленно (период полураспа- да 24 000 лет). Поэтому он может накапливаться в больших количествах. Подобно урану-235, плутоний-239 является хоро- шим «ядерным горючим», пригодным для устройства ядерных реакторов, а также атомных бомб. Для получения плутония используют реакторы из п р и р о д н о г о урана с замедлителем. В этих реакторах значительная доля нейтронов поглощается в уране-238, образуя в конце концов плутоний. Накопивший- ся в уране плутоний может быть выделен химическими мето- 19 Г. С. Ландсберг 578 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия Рис. 411. Реактор первой советской атомной электростанции: 1 — гра- фитовая кладка реактора, заключенная в герметическую стальную обо- лочку; штриховыми линиями очерчена активная зона реактора, в кото- рой расположен уран; остальной графит служит отражателем нейтро- нов; 2 — верхняя плита (чугун), 3 — один из 128 рабочих каналов, в которых помещаются урановые стержни и протекает охлаждающая вода (давление 100 атм), 4 — канал для перемещения регулирующего стержня, содержащего поглотитель нейтронов (бор); регулирующие стержни служат для регулировки мощности реактора и прекращения реакции; 5 — ионизационная камера для измерения интенсивности реакции в реакторе, 6 — водяная защита, задерживающая нейтроны 7, 8 — подвод и отвод воды из реактора, 9 — верхняя защитная крышка (чугун), 10 — бетонная защита (в основном от γ -излучения) дами. Другим искусственным ядерным горючим является изо- топ урана 233 U с периодом полураспада 162 000 лет, которого в природном уране нет. 233
U образуется, аналогично плутонию, в результате облучения нейтронами т о р и я. Таким образом, трудно делящиеся вещества — 238
U и торий — могут быть переработаны в ценное ядерное горючее. Эта возможность очень существенна, так как 238
U и тория на Земле во много раз больше, чем 235 U. Нептуний и плутоний являются представите- Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия 579
лями трансурановых э л е м е н т о в, расположенных в таблице Менделеева за ураном. Рис. 412. Верхняя часть реактора без крышки. Видны моторы пере- движения регулирующих стержней. Ниже — трубки для подвода воды к рабочим каналам Вслед за плутонием был получен еще ряд трансурановых элементов вплоть до элемента 107. В природе трансурановые элементы не обнаружены: они все радиоактивны и по сравнению с геологическим возрастом Земли короткоживущи. 3. Получение радиоактивных веществ. В действующем ре- акторе имеют место интенсивные потоки нейтронов, образу- ющихся при реакции деления. Облучая вещества нейтронами внутри реактора, получают различные искусственно-радиоактив- ные изотопы (ср. реакцию (222.1)). Другим источником радио- активности в реакторе являются осколки деления урана, боль- шинство которых неустойчиво. Искусственно-радиоактивные элементы находят много приме- нений в науке и технике. Вещества, испускающие γ-излучение, используются вместо более дорогого радия для просвечивания толстых металлических предметов, для лечения рака и т. д. Свой- ство больших доз γ-излучения убивать живые клетки микроор- ганизма используется при консервировании продуктов питания. Радиоактивные излучения начинают использоваться в химиче- ской промышленности, так как они способствуют протеканию многих важных химических реакций. Особенно интересен так называемый метод меченых атомов. Этот метод использует тот факт, что по химическим и многим физическим свойствам радиоактивный изотоп н е о т л и ч и м от устойчивых изото- пов того же элемента. В то же время радиоактивный изотоп 19*
580 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия легко может быть опознан по своему излучению (с помощью, например, газоразрядного счетчика). Добавляя к исследуемому элементу радиоактивный изотоп и улавливая в дальнейшем его излучение, мы можем проследить путь этого элемента в организ- ме, в химической реакции, при плавке металла и т. д. З н а ч е н и е я д е р н о й э н е р г и и. Прошло немного лет со времени открытия способа использования ядерной энергии в земных условиях. Открытие это уже дало свои первые плоды. Несомненно, дальнейшее развитие способов получения и исполь- зования ядерной энергии создаст новые невиданные возможности для науки, техники, промышленности. Масштаб этих возмож- ностей на нынешнем этапе трудно еще полностью представить. Освобождение ядерной энергии означает колоссальное расши- рение власти человека над природой при условии, однако, что ядерная энергия будет использована для мирных целей. Совет- ский Союз, обладая атомными и водородными бомбами, борется за использование атомной энергии только для мирных целей, за запрещение атомного и водородного оружия и других средств массового уничтожения людей. Отметим еще, что создание ядерных реакторов — это один из наиболее значительных плодов науки о внутреннем строе- нии вещества. Излучение н е в и д и м ы х, н е о с я з а е м ы х атомов и атомных ядер привело к вполне о с я з а е м о м у и з р и м о м у п р а к т и ч е с к о м у результату — освобождению и использованию ядерной энергии, скрытой в уране. Этот успех самым убедительным образом доказывает, что наши научные представления об атоме и атомном ядре являются и с т и н н ы- м и, т. е. в основном правильно отражают объективную действи- тельность природы. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|