Интервью с заместителем директора ВНИИ атомного машиностроения профессором Игорем Острецовым
Мир столкнулся с проблемой энергетического дефицита. Привычка жечь, что попало, поставила человечество на грань выживания. Люди привыкли потреблять много энергии. Однако ее ресурсы неожиданно оказались исчерпаемыми. Тепла для человечества осталось мало, лет на 50. И теперь надежда только на ученых, которые как-то должны придумать выход из критической ситуации. Такие ученые нашлись у нас. Они придумали, как безопасно получать энергию даже из ядерных отходов, и при этом позаботились о том, чтобы будущие поколения смогли активно осваивать космос.
- Чем плохи современные ядерные технологии?
Традиционная ядерная энергетика, которая развивалась длительное время, основана на сжигании урана-235. Это единственный изотоп, который существует в природе и делится. Чем это плохо? Во-первых, по факту - американцы не заказали ни одного блока с 1978 года. Европа практически прекратила использовать АЭС для получения энергии, причем на законодательном уровне. Это связано с тем, что станции невозможно вывести из эксплуатации. Сегодня из 450 блоков в мире стоит 99, и что делать с ними, никто не знает.
- То есть не могут остановить реакцию распада?
Их останавливают, и они будут стоять вечно. Причем отработанное топливо находится внутри них. Главная проблема – ядерные отходы, которые нужно хранить сотни лет, прежде чем приступить к их утилизации.
Есть и другая проблема. В странах "третьего мира", где наибольший энергетический дефицит, надо развивать ядерную энергетику, чтобы не допустить увеличения потребления органического топлива. Однако Иран четко продемонстрировал, что практически любая страна, которая имеет ядерную станцию, способна сделать атомную бомбу. Ранее Индия под контролем МАГАТЭ, имея реактор Кондю, сделала такую бомбу и вошла в ядерный клуб. Поэтому ситуация тупиковая - в развитых странах не будут строить, потому что не решена проблема с эксплуатацией и проблема с отходами, а в развивающихся странах потому, что не решена проблема распространения ядерного оружия.
Однако есть гораздо более серьезная вещь - энергетические проблемы человечества не могут быть решены без ядерно-космических программ, без энергетического и промышленного выхода в космос. На традиционном химическом топливе невозможно будет выводить на орбиту достаточно тяжелые аппараты. На "химии" можно вывести очень небольшие системы, в очень близкий космос и за очень большие деньги. Единственная возможность, которая человечеству дана для решения таких задач – уран-235. И его надо хранить, как зеницу ока. Сжигать в реакторах на тепловых нейтронах этот изотоп – преступление перед человечеством большее, чем преступления фашизма. Современная программа строительства 100 блоков в Китае, 40 блоков у нас - это просто преступная программа, потому человечество обрекает себя остаться на ядерной свалке на Земле и не иметь возможности выйти в космос. Это чрезвычайно серьезная вещь, которая сегодня, к сожалению, мало обсуждается. Так что остается одна возможность - сжигать уран-238.
- А каковы мировые запасы "ценного" урана-235?
Его всего 0,7% от общего объема всего добываемого урана. Это очень мало. По энергетическим возможностям его столько же, сколько и нефти. То есть, если сейчас начать программу широкого развертывания АЭС на тепловых нейтронах, то примерно к 2040-50 годам урана-235 не останется.
- Объясните, пожалуйста, поподробнее, почему нельзя использовать вместо 235-го урана 238-ой?
Дело в том, что уран-235 делится сам. С его помощью можно организовать так называемую "самоподдерживающуюся" цепную реакцию, на чем вся атомная энергетика, все бомбы, и основаны. В отличие от него, уран-238 не "горит", на нем такую реакцию организовать нельзя. Но его много. Поэтому еще в начале развития атомной энергетики была предложена так называемая "бридерная" программа. У нас она называется программой реактора на быстрых нейтронах, которая позволяет сжигать уран-238. Для этого он сначала перерабатывается в плутоний, который и будет вырабатывать энергию. Эта идея сейчас очень популярна, об этом Буш в последнем интервью сказал, Путин тоже неоднократно заявлял, что мы приглашаем всех к сотрудничеству по сжиганию урана-238. Но мало кто знает, что такое бридер, хотя это тоже АЭС, но основанная на несколько других технологиях.
- Так как работает бридер?
Туда загружается уран, обогащенный плутонием. Доля последнего – от 18 до 25%. В результате работы этого реактора плутония получается несколько больше, чем было загружено. При этом около каждой такой станции должен рядом находиться радиохимический завод по выделению плутония, фабрикации новых твелов (узел ядерного реактора, содержащий делящееся вещество). На каждом энергоблоке будет находиться 20 тонн плутония. Между тем, бомбу можно сделать всего из нескольких килограмм. Если мировую энергетику перевести на такого рода реакторы, то в мире будут "крутиться" до миллиона тонн плутония.
Вопрос на сообразительность - где построят первый такой бридер? Я уже задавал такой вопрос заму по науке концерна по атомной энергии Владимиру Асмолову. Спрашиваю: "Я недавно был в иранском посольстве, у всех навязла в зубах проблема обогащения урана, давайте, вместо того, чтобы они его обогащали, мы им бридер построим. Вы при этом населению скажите, что там будет 20 тонн плутония крутиться. Гарантирую, что я их уговорю. 5-6 миллиардов долларов они вам заплатят за такую станцию".
Он говорит: "Острецов, вы провокатор. Это может быть только внутри российской программы". Я говорю: "А Путин к чему нас призывал? Делать ядерную энергетику, ориентированную на все страны".
Поэтому предлагать бридеры в качестве основы мировой ядерной энергетики - это чисто политическая игра на конъюнктуре момента, не более того.
- Так какой же выход из этой ситуации предлагаете вы?
Именно поэтому мы занимаемся другой темой. Есть прямой способ сжигания урана-238 - так называемое принудительное деление. Причем без перевода его в плутоний. При этом получается существенно больше энергии, чем в бридерах. Для такого деления нужны очень сильно разогнанные нейтроны, которые можно получить только с помощью ускорителя.
В связи с этим нужны две технологии. Во-первых, сама технология сжигания такого урана, и технология создания ускорителя. Сегодня в России есть два патента на обе этих технологии. Обладателем одного являюсь я, второго - Алексей Сергеевич Богомолов. Для примера - в Америке существует ускоритель на 800 мегаэлектронвольт, длина его порядка километра. Нам нужна энергия примерно в 10 раз больше, то есть ускоритель должен быть длиной примерно 10 км. Это ни в какие ворота, естественно, не лезет - дорого. И вот Богомолов придумал такой ускоритель, который будет давать нам нужную энергию, причем его длина будет всего порядка 50-ти метров. Это совершенно приемлемо.
Эти две технологии мы сейчас и "пробиваем". Были проведены совещания в Совете федерации, и у нас в институте, проводился общественный форум. Очень сильно этому противодействует в первую очередь курчатовский институт, который предлагает программу бридеров. Противодействует исключительно по тем соображениям, что смена программы в атомной энергетике означает смену элит, финансирования.
- Расскажите о перспективах вашей технологии.
Рано или поздно человечеству придется сжигать уран-238. То есть либо обогащать его до состояния оружейного плутония, либо сжигать напрямую с помощью ускорителей. Развивать технологии по сжиганию урана-235 - это просто самоубийство. Поэтому сегодня необходимо начинать две программы - ЯРТ-энергетику, ту, что предлагаем мы, и реанимировать программу по созданию ядерных ракетных двигателей. Причем лучше всего совместно с американцами. И у нас и у них есть серьезные наработки в этой области. Дело в том, что энергетика конца XXI и XXII веков будет связана с промышленным выходом человека в космос. Главная научная задача нашего столетия – сделать ускорители нейтронов достаточной для ЯРТ-энергетики мощности. Кто первый их сделает, тот будет владеть ситуацией.
- Как расшифровывается ЯРТ-энергетика?
Тяжелая ядерная релятивистская энергетика. Релятивистская потому, что протоны генерируют нейтроны, а они делят тяжелые ядра урана.
Сейчас очень большой интерес к этим ускорителям проявляют американцы. Они хотят получить его любой ценой, и с Богомоловым постоянно ведутся переговоры. Между тем мы свою идею развиваем. Провели эксперименты в Дубне, Протвино в 2002 году. С тех пор "бодаемся". Трагедия в том, что власть некомпетентна в этих вопросах.
- А что нужно "пробить"? Финансирование?
Нет, дело даже не в этом. Нам требуется государственная программа. А уже после этого любые деньги из-за рубежа придут, потому что все понимают, что без этой технологии никуда не денешься. Дело в том, что на Западе проводить эксперименты страшно дорого, а у нас ускоритель в Серпухове стоит без работы. Но для того, чтобы была создана государственная программа, надо этот вопрос "вывести" на Путина. Нас очень хорошо поддерживают в Совете федерации, в сентябре должны пройти слушания с вызовом Кириенко. Там мы рассчитываем получить рекомендации, после которых наша идея будет рассматриваться на научно-техническом совете у президента. И после этого, мы надеемся, будет создана государственная программа.
- Как будет работать такая программа?
Для начала будет открыто символическое финансирование, после чего подключатся иностранцы, их согласием на участии в проекте мы уже заручились. Мы продолжим наши исследования. На оставшиеся эксперименты нам нужно примерно года полтора. После этого можно приступать к проектированию станции.
- А на это сколько уйдет времени?
Все зависит от темпов работы. Принципиальных преград для этого сегодня нет.
То есть можно говорить, что за 10 лет уже может быть создан прототип ядерной электростанции нового поколения?
Безусловно.
- Сколько будет стоить такая станция?
Пока что нет прототипов, но она будет однозначно дешевле ныне существующих АЭС. Это связано с тем, что у нас не будет топливного цикла и не встанет проблемы вывода станции из эксплуатации. Ведь именно поэтому все эти нынешние станции стоят и никто не знает, что с ними делать.
Так что о цене говорить не приходится - у нас цена значительно ниже, потому что наш реактор значительно проще. Это будет, скорее всего, бетонный корпус, изолированный металлом. Внутрь будут засыпаны микро-твелы. И больше там ничего особенного не будет. Главное, что там не нужно будет ничего обогащать. Можно использовать отвальный уран, отработанное топливо. Ведь там все равно, что жечь, лишь бы были тяжелые ядра. И вот эту конструкцию будет бомбить нейтронный ускоритель. В результате тяжелые ядра начнут делиться, выделяя при этом тепло.
- А насколько экологически эта система безопасна?
Наш реактор подкритичный. То есть там нет того, что было в Чернобыле - самоподдерживающейся реакции. Как только случается какая-нибудь критическая ситуация - ускоритель останавливает процесс.
Скажите, ведь то, что тяжелые атомы начинают делиться под ударами нейтронов, было известно давно. Почему раньше ученые не додумались применить этот эффект в ядерной энергетике?
Раньше просто не было ускорителей с высоким КПД. Хорошие ускорители появились только после Чернобыля. Тогда все были напуганы критической аварией и стали использовать не такие рискованные подкритические зоны на уране-235, а недостаток нейтронов дополнять ускорителями. Таким образом, следующий шаг был предопределен - взять ускорители на большей энергии и посмотреть, что будет дальше. Случилось так, что я первый это придумал. Причем все процессы были описаны в научной литературе и ранее, просто я посмотрел на эти возможности, как на энергетические. Логически и исторически этот шаг был предопределен. Но кто-то должен был его сделать.
Специально для Столетия
Плутоний - искусственный элемент. До атомной эры в природе были только его "следы" - несколько десятков килограммов во всей толще земной коры. Сейчас - сотни тонн, и не во всей земной коре, а в бомбах и на складах, плюс тонны, развеянные по поверхности планеты.
Всего лишь за один год все реакторы мира производят 10 тысяч тонн ОЯТ, в котором содержится 100 тонн плутония, то есть в каждой тонне ОЯТ содержится ~ 10 кг плутония (для сравнения, в бомбе, сброшенной на Нагасаки, его было лишь 6,2 кг).
Хотя реакторный плутоний, выделенный при переработке ОЯТ, не имеет оружейного качества, но бомбу из него сделать всё-таки можно. Мир уже полон выделенного плутония для изготовления бомб. Его очень много: в развёрнутых системах вооружения, в боеголовках, предназначенных к демонтажу, в отходах при очистке ядерно-оружейных комплексов, на складах при перерабатывающих заводах.
Делящимся, то есть оружейным, является изотоп - плутоний-239. Для его наработки в реактор военного назначения, кроме обогащённого урана (топливо), помещали и необогащённый, природный, уран ("сырьё") в виде металлических блочков, заключённых в герметичную алюминиевую оболочку. При реакции деления в активной зоне реактора возникает большой поток нейтронов и происходит облучение урановых блочков этими нейтронами (отсюда и термин "облучённый уран" или облучённое ядерное горючее).
При захвате нейтронов ядра атомов урана превращаются в ядра плутония, поэтому внутри блочков неделящийся уран-238 постепенно превращался в делящийся (оружейный) плутоний-239. За время выдержки в реакторе (3-6 месяцев) из каждой тонны природного урана в плутоний-239 превращалось несколько сотен граммов урана-238.
(англ. Arthur Jeffrey Dempster ) .
| Уран-235 | |
|---|---|
| Название, символ | Уран-235, 235 U |
| Альтернативные названия | актиноура́н, AcU |
| Нейтронов | 143 |
| Свойства нуклида | |
| Атомная масса | 235,0439299(20) а. е. м. |
| Дефект массы | 40 920,5(18) кэВ |
| Удельная энергия связи (на нуклон) | 7 590,907(8) кэВ |
| Изотопная распространённость | 0,7200(51) % |
| Период полураспада | 7,04(1)⋅10 8 лет |
| Продукты распада | 231 Th |
| Родительские изотопы |
235 Pa (β −) 235 Np () 239 Pu () |
| Спин и чётность ядра | 7/2 − |
| Таблица нуклидов | |
В отличие от другого, наиболее распространённого изотопа урана 238 U , в 235 U возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция . Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах , а также в ядерном оружии .
Именно этот уран использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы , в бомбе «Малыш» .
Образование и распад
Уран-235 образуется в результате следующих распадов:
91 235 P a → 92 235 U + e − + ν ¯ e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};} 93 235 N p + e − → 92 235 U + ν ¯ e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{93}Np} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +{\bar {\nu }}_{e};} 94 239 P u → 92 235 U + 2 4 H e . {\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:
92 235 U → 90 231 T h + 2 4 H e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{231}_{90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;} 92 235 U → 82 215 P b + 10 20 N e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{215}_{82}Pb} +\mathrm {^{20}_{10}Ne} ;} 92 235 U → 82 210 P b + 10 25 N e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{210}_{82}Pb} +\mathrm {^{25}_{10}Ne} ;} 92 235 U → 80 207 H g + 12 28 M g . {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{207}_{80}Hg} +\mathrm {^{28}_{12}Mg} .}Вынужденное деление
В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов : от Z = 30 (цинк) до Z = 64 (гадолиний). Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа - симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы (с массовыми числами 115-119) происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление , такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра, и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.
Осколки, образующиеся при делении ядра урана, в свою очередь являются радиоактивными, и подвергаются цепочке β − -распадов , при которых постепенно в течение длительного времени выделяется дополнительная энергия. Средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244⋅10 −11 Дж , или 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг .
Деление ядер - лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора .
Цепная ядерная реакция
При распаде одного ядра 235 U обычно испускается от 1 до 8 (в среднем – 2,416) свободных нейтронов. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра 235 U, при условии взаимодействия с другим ядром 235 U, может вызвать новый акт распада, это явление называется цепной реакцией деления ядра .
Гипотетически, число нейтронов второго поколения (после второго этапа распада ядер) может превышать 3² = 9. С каждым последующим этапом реакции деления количество образующихся нейтронов может нарастать лавинообразно. В реальных условиях свободные нейтроны могут не порождать новый акт деления, покидая образец до захвата 235 U, или будучи захваченными как самим изотопом 235 U с превращением его в 236 U, так и иными материалами (например, 238 U, или образовавшимися осколками деления ядер, такими как 149 Sm или 135 Xe).
В реальных условиях достичь критического состояния урана не так просто, поскольку на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235 U, 99,2745 % составляет 238 U , который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер 235 U. Это приводит к тому, что в природном уране в настоящее время цепная реакция деления очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию деления можно несколькими основными путями :
- увеличить объём образца (для выделенного из руды урана возможно достижение критической массы за счёт увеличения объёма);
- осуществить разделение изотопов, повысив концентрацию 235 U в образце;
- уменьшить потерю свободных нейтронов через поверхность образца с помощью применения различного рода отражателей;
- использовать вещество - замедлитель нейтронов для повышения концентрации тепловых нейтронов .
Изомеры
Применение
- Уран-235 используется в качестве топлива для ядерных реакторов , в которых осуществляется управляемая цепная ядерная реакция деления;
- Уран с высокой степенью обогащения применяется для создания ядерного оружия . В этом случае для высвобождения большого количества энергии (взрыва) используется неуправляемая цепная ядерная реакция.
В отличие от другого, наиболее распространённого изотопа урана 238 U , в 235 U возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция . Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах , а также в ядерном оружии .
Именно этот уран использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы , в бомбе «Малыш» .
Образование и распад [ | ]
Уран-235 образуется в результате следующих распадов:
91 235 P a → 92 235 U + e − + ν ¯ e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};} 93 235 N p + e − → 92 235 U + ν ¯ e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{93}Np} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +{\bar {\nu }}_{e};} 94 239 P u → 92 235 U + 2 4 H e . {\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:
92 235 U → 90 231 T h + 2 4 H e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{231}_{90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;} 92 235 U → 82 215 P b + 10 20 N e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{215}_{82}Pb} +\mathrm {^{20}_{10}Ne} ;} 92 235 U → 82 210 P b + 10 25 N e ; {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{210}_{82}Pb} +\mathrm {^{25}_{10}Ne} ;} 92 235 U → 80 207 H g + 12 28 M g . {\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{207}_{80}Hg} +\mathrm {^{28}_{12}Mg} .}Вынужденное деление [ | ]
Кривая выхода продуктов деления урана-235 для различных энергий делящих нейтронов.
В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов : от =30 (цинк) до Z=64 (гадолиний). Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа - симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы (с массовыми числами 115-119) происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление , такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.
Осколки, образующиеся при делении ядра урана, в свою очередь являются радиоактивными, и подвергаются цепочке β − -распадов , при которых постепенно в течение длительного времени выделяется дополнительная энергия. Средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244⋅10 −11 Дж , или 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг .
Деление ядер - лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора .
Цепная ядерная реакция [ | ]
При распаде одного ядра 235 U обычно испускается от 1 до 8 (в среднем – 2,416) свободных нейтрона. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра 235 U, при условии взаимодействия с другим ядром 235 U, может вызвать новый акт распада, это явление называется цепной реакцией деления ядра .
Гипотетически, число нейтронов второго поколения (после второго этапа распада ядер) может превышать 3² = 9. С каждым последующим этапом реакции деления количество образующихся нейтронов может нарастать лавинообразно. В реальных условиях свободные нейтроны могут не порождать новый акт деления, покидая образец до захвата 235 U, или будучи захваченными как самим изотопом 235 U с превращением его в 236 U, так и иными материалами (например, 238 U, или образовавшимися осколками деления ядер, такими как 149 Sm или 135 Xe).
В реальных условиях достичь критического состояния урана не так просто, поскольку на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235 U, 99,2745 % составляет 238 U , который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер 235 U. Это приводит к тому, что в природном уране в настоящее время цепная реакция деления очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию деления можно несколькими основными путями :
Изомеры [ | ]
- Избыток массы: 40 920,6(1,8) кэВ
- Энергия возбуждения: 76,5(4) эВ
- Период полураспада: 26 мин
- Спин и чётность ядра: 1/2 +
Изучая явление радиоактивности, каждый ученый обращается к такой важнейшей его характеристике как период полураспада. Как известно, гласит, что каждую секунду в мире происходит распад атомов, при этом количественная характеристика этих процессов напрямую связана с количеством имеющихся атомов. Если за определенный период времени произойдет распад половины от всего имеющегося в наличии количества атомов, то распад ½ от оставшихся атомов потребует такого же количества времени. Именно этот временной промежуток и называется периодом полураспада. У разных элементов он различен - от тысячных долей миллисекунды до миллиардов лет, как, например, в случае, когда речь идет про период полураспада урана.
Уран, как самый тяжелый из всех существующих в естественном состоянии элементов на Земле, является вообще самым прекрасным объектом для изучения процесса радиоактивности. Этот элемент был открыт еще в 1789 году немецким ученым М. Клапротом, который дал ему название в честь недавно открытой планеты Уран. То, что уран радиоактивен, было совершенно случайно установлено в конце XIX века французским химиком А. Беккерелем.
Урана рассчитывается по той же формуле, что и аналогичные периоды других радиоактивных элементов:
T_{1/2} = au ln 2 = frac{ln 2}{lambda},
где «au» - среднее время существования атома, «lambda» - основная постоянная распада. Так как ln 2 равен примерно 0,7, то период полураспада лишь на 30% короче в среднем, чем общее время жизни атома.
Несмотря на то, что на сегодняшний день ученым известно 14 изотопов урана, в природе их встречаются только три: уран-234, уран-235 и уран-238. урана различен: так для U-234 он составляет «всего» 270 тысяч лет, а период полураспада урана-238 превышает 4,5 миллиарда. Период полураспада урана-235 находится в «золотой середине» - 710 миллионов лет.
Стоит отметить, что радиоактивность урана в естественных условиях достаточно высока и позволяет, к примеру, засветить фотопластинки в течение всего лишь часа. В то же время стоит отметить, что в из всех изотопов урана только U-235 пригоден для изготовления начинки для Все дело в том, что период полураспада урана-235 в промышленных условиях менее интенсивен, чем его «собратьев», поэтому и выход ненужных нейтронов здесь минимален.
Период полураспада урана-238 значительно превышает 4 миллиарда лет, однако и он сейчас активно используется в атомной промышленности. Так, как для того, чтобы запустить цепную реакцию по делению тяжелых ядер этого элемента, необходимо значительное количество энергии нейтронов. Уран-238 используют в качестве защиты в аппаратах деления и синтеза. Однако большая часть добытого урана-238 используется для синтеза плутония, применяемого в ядерном оружии.
Длительность периода полураспада урана ученые используют для того, чтобы рассчитать возраст отдельных минералов и небесных тел в целом. Урановые часы представляют собой достаточно универсальный механизм для подобного рода расчетов. В то же время, чтобы возраст был рассчитан более или менее точно, необходимо знать не только количество урана в тех или иных породах, но и соотношение урана и свинца как конечного продукта, в который превращаются ядра урана.
Есть еще один способ расчета пород и минералов, он связан с так называемым спонтанным Как известно, в результате спонтанного деления урана в естественных условиях его частицы с колоссальной силой бомбардируют рядом находящиеся вещества, оставляя за собой особые следы - треки.
Именно по количеству этих треков, зная при этом период полураспада урана, ученые и делают вывод о возрасте того или иного твердого тела - будь то древняя порода или относительно «молодая» ваза. Все дело в том, что возраст объекта прямо пропорционален количественному показателю атомов урана, ядра которого бомбардировали его.
