Текст книги "Ядерные реакторы"

Автор книги: Ефим Балабанов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 12 страниц)

Установлено, что большие дозы гамма– и бета-лучей убивают микроорганизмы. Это может быть с большим успехом использовано в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов. Уничтожение микроорганизмов, вызывающих порчу продуктов, то есть стерилизация консервов, до сих пор производится в больших котлах (автоклавах) при высоком давлении и высокой температуре. Это ухудшает вкусовые и питательные свойства продуктов. Сейчас можно холодные консервы после герметизации подвергать интенсивному облучению радиоактивными веществами. Гамма-лучи, проникая через железную или стеклянную оболочку консервной банки, стерилизуют продукты. Так, можно сохранять в естественном виде мясо, овощи, фрукты. Для стерилизации консервов особенно целесообразно использовать отходы ядерных реакторов – «осколки» ядер расщепляющихся материалов.

Ежегодно миллионы тонн самых различных овощей поступают в овощехранилища. Эти огромные массы ценных продуктов надо хранить в течение всей зимы, весны и части лета, пока не будет получен новый урожай. Хранение овощей обходится очень дорого и не всегда проходит успешно. Надо не только уберечь, например, картофель от мороза и гниения, но и от прорастания. В ростки уходит все, что придает картофелю вкус и питательность. Уже довольно давно было известно, что задержать прорастание картофеля можно с помощью рентгеновских лучей. Но рентгеновские установки дороги, и вряд ли возможно облучить миллионы тонн картофеля рентгеновскими лучами.

И вот был найден источник облучения, который не требовал никакого ухода, был дешев и прост в обращении. Этим источником оказался радиоактивный кобальт. Облученный гамма-лучами кобальта⁶⁰, картофель может храниться годы без прорастания. На рис. 89 приведены клубни картофеля, которые пролежали в хранилище полтора года. Клубни справа и посредине получили различные дозы радиоактивного облучения. Наилучшие результаты дало облучение, длившееся 60 дней.

^{Рис. 89. Клубни картофеля, пролежавшие полтора года в овощехранилище}

После такого облучения картофель сам не становится радиоактивным: гамма-лучи кобальта⁶⁰ не вызывают искусственной радиоактивности. Происходит лишь усыпление, задержка жизненных процессов в картофеле. Облученный картофель, высаженный весной в почву, прорастает с некоторым запозданием, но дает не меньший урожай, чем обычный картофель. Аналогичные результаты получаются при облучении лука.

Малые дозы радиоактивного облучения семян различных растений часто вызывают бурное развитие ростков, что может дать значительное повышение урожая, иногда достигающее 20 процентов.

Хорошо известно, какую большую роль в свое время сыграли рентгеновские лучи и лучи радия для лечения злокачественных опухолей. Получение искусственных радиоактивных веществ открыло перед медициной неизмеримо бóльшие возможности. Малодоступный радий теперь заменяется дешевым и более эффективным кобальтом⁶⁰ и другими радиоактивными изотопами.

Для лучевой терапии в настоящее время применяют разработанные советскими учеными телерадиевые установки. Они представляют собой свинцовую камеру, в которую вложен препарат радиоактивного кобальта. Открытое отверстие свинцовой камеры может быть направлено на подлежащую облучению ткань. Специальный механизм позволяет передвигать и наклонять тяжелый аппарат, посылая гамма-лучи кобальта⁶⁰ в нужном направлении. На рис. 90 показано, как происходит облучение больного телерадиевой установкой. Лучевое лечение является ценным средством борьбы против опухолевых заболеваний, облучение полезно и после операции, так как гамма-лучи уничтожают те опухолевые клетки, которые остались после операции. Во многих же случаях облучение избавляет больного от операции.

^{Рис. 90. Облучение больного телерадиевой установкой}

Внешнее облучение – не единственный метод лечения радиоактивными препаратами. Эти вещества могут вводиться и внутрь организма. Для этой цели естественные радиоактивные вещества не пригодны, так как, обладая большим периодом полураспада и задерживаясь в организме уже после разрушения опухолей, могут сами произвести неизлечимые поражения тканей. В медицинской практике для введения внутрь организма используются искусственные радиоактивные вещества. У многих из них период полураспада измеряется не столетиями и не годами, а часами и днями. Такие вещества, разрушая клетки опухоли за короткое время своего действия, не успевают причинить ущерб здоровым тканям.

Различные вещества (металлы или металлоиды) обладают способностью накапливаться в определенных органах человека. Фосфор, например, концентрируется в костях, иод – в щитовидной железе. Некоторые радиоактивные изотопы, концентрируясь в тканях опухолей, интенсивно их разрушают. Достаточно принять внутрь несколько миллиграммов радиоактивного фосфора, иода или другого вещества, чтобы они, попадая в тот или иной орган, начали свое лечебное действие.

Радиоактивный фосфор применяется для лечения болезней крови. Особенно хороший эффект он дает при лечении полицитемии – заболевания, заключающегося в том, что в крови образуется излишнее количество красных кровяных шариков, приводящее к сгущению крови. Даже один прием внутрь небольшого количества радиоактивного фосфора прерывает болезнь и приводит к значительному улучшению состояния больного.

Радиоактивный иод применяют при усиленной деятельности щитовидной железы, так называемом териотоксикозе. Больному дают выпить раствор, содержащий небольшое количество радиоактивного иода, который через непродолжительное время концентрируется в щитовидной железе. Это накопление можно заметить счетчиком Гейгера-Мюллера. Таким путем можно даже определить степень заболевания. У здорового человека щитовидная железа накапливает 18–25 процентов введенного в организм иода, а у больного – 30–50 процентов. Радиоактивный иод применяется не только для диагноза, но и оказывает лечебное действие на щитовидную железу: щитовидная железа начинает нормально функционировать.

Радиоактивные вещества оказывают значительную помощь при лечении различных кожных заболеваний. Иногда удается вывести родимые пятна, прикладывая примочки с раствором некоторых радиоактивных веществ, например радиофосфора.

За последнее время радиоактивные препараты нашли новое и важное применение. Оказалось возможным часть энергии радиоактивного распада преобразовать сразу в электрическую.

Известно, что на границе двух соприкасающихся веществ, проводников или полупроводников, возникает небольшая разность потенциалов (рис. 91, А). Но электрический ток от такой пары получить нельзя, так как если мы соединим эти два тела проводником (рис. 91, Б), то электроны из одного тела перейдут в другое и разность потенциалов исчезнет. Чтобы по проводнику непрерывно шел ток, надо все время создавать новые электроны и тем самым поддерживать разность потенциалов. Для этой цели можно использовать некоторые полупроводники, в которых при поглощении ими излучений образуются электроны. Полупроводником с такими свойствами является кремний.

^{Рис. 91. Контактная разность потенциалов на границе двух соприкасающихся веществ. Разность потенциалов существует только при разомкнутой цепи (А). Если мы соединим эти два тела через какое-либо сопротивление (Б), электроны из одного тела перейдут в другое и разность потенциалов исчезнет}

Если взять пластинку из кремния (рис. 92) и облучать ее электронами, получающимися при распаде стронция⁹⁰, то они будут этой пластинкой поглощаться. Но здесь-то и проявляются чудесные свойства кремния.

Рис. 92. Получение электрического тока с помощью радиоактивного стронция. Электроны, вылетающие при распаде стронция⁹⁰, размножаются в кремнии и будут поддерживать разность потенциалов на границе двух сред

Вместо одного поглощенного электрона в нем образуется лавина, состоящая в среднем из 200 тысяч электронов, которые будут поддерживать разность потенциалов между нижней и верхней пластинками даже тогда, когда мы замкнем эти пластинки нагрузочным сопротивлением. Из соединенных последовательно пар таких пластинок была изготовлена батарея напряжением около двух вольт и силой тока в несколько миллиампер. Размеры этой батареи очень малы и составляют примерно один кубический сантиметр. Это позволяет надеяться на возможность изготовления небольших по размерам, но достаточно мощных батарей для питания ламп радиоприемников или для домашнего освещения. Период полураспада стронция – 25 лет, следовательно, за это время мощность подобной батареи уменьшится только наполовину. Правда, коэффициент полезного действия такой установки очень мал, но это не столь существенно, так как для изготовления батарей можно использовать «осколки» деления ядер урана, то есть отходы производства атомной энергии.

Проведенные в последнее время исследования действия радиоактивных излучений на пластические материалы показали, что при облучении резины и некоторых пластмасс чрезвычайно увеличивается их теплостойкость и прочность. Здесь также могут быть использованы отходы, получающиеся в ядерных реакторах.

Кроме того, можно непосредственно использовать энергию радиоактивных излучений «осколков» ядер урана, превращая ее в теплоту. Один килограмм «осколков» дает около двух миллионов киловатт-часов энергии в виде гамма– или бета-лучей. Если поглощать эти лучи водой, то выделяется такое количество тепла, которого достаточно для небольшой энергетической установки. Расчет показывает, что добавлять такое горючее потребуется не чаще чем раз в два – три месяца.

Меченые атомы. Огромные перспективы для научных исследований открывает метод меченых атомов. Этот метод напоминает способ кольцевания птиц или рыб, при помощи которого биологи наблюдают за их передвижением. Ученые прикрепляют кольца к пойманным рыбам или птицам и выпускают их. Окольцованные экземпляры, пойманные через несколько месяцев за тысячи километров от места окольцевания, показывают, как перелетала вся стая птиц или передвигался косяк рыб.

Атомы радиоактивного изотопа, примешанные к большому количеству химического элемента, играют роль окольцованных птиц. Это буквально меченые атомы, так как такие чувствительные приборы, как, например, счетчики Гейгера-Мюллера, легко могут обнаружить ничтожно малые количества радиоактивных атомов. Например, можно обнаружить миллиграмм радиоактивного железа в тонне металла.

По своим химическим свойствам радиоактивный изотоп ничем не отличается от основного химического элемента. Поэтому, наблюдая за движением меченых атомов, мы можем очень точно исследовать, как ведет себя химический элемент в различных процессах.

Таким путем можно исследовать, например, скорость износа материалов подшипника. Медные детали подшипника облучают нейтронами, при этом часть ядер меди⁶³ превращается в радиоактивный изотоп меди⁶⁴. Свойства медного вкладыша подшипника не изменились, но ядра меди⁶⁴ распадаются, излучая электроны и гамма-лучи, которые могут быть обнаружены счетчиком Гейгера-Мюллера. При работе подшипника вследствие износа вкладыша частицы меди будут переходить в смазку, туда же будут попадать и радиоактивные атомы меди⁶⁴. Измеряя радиоактивность смазки, мы может быстро и точно определить износ подшипника.

Большое значение имеет метод меченых атомов в металлургии. Применяя радиоактивный фосфор, можно быстро узнать во время плавки стали, насколько полно прошла очистка металла от фосфора – одной из самых вредных примесей. Раньше химический анализ на фосфор длился около 30 минут, и все это время металл сверх нормы выдерживался в мартеновской печи, снижая ее производительность. Теперь же степень очистки металла определяют очень быстрым измерением радиоактивности шлака, в который переходит фосфор. Таким образом, время плавки значительно сокращается.

Можно обнаружить происхождение загрязнения металла, если добавлять разные радиоактивные изотопы в огнеупорный материал, из которого изготовлена ванна мартеновской печи, в футеровку^[10] разливочного ковша и другие места. Определяя характер радиоактивности выплавленной стали, можно найти, из какого места попали в сталь радиоактивные изотопы, и легко обнаружить источники загрязнений.

Для того чтобы взвесить расплавленную сталь в разливочном ковше, достаточно добавить в металл небольшое количество радиоактивных изотопов, атомы которых равномерно распределяются по всей жидкой стали, и каждый грамм металла будет давать излучение определенной интенсивности. По общему излучению разливочного ковша можно узнать вес всего горячего металла.

Впуская в домну вместе с воздухом радиоактивный газ, ученые изучают движение газов в процессе доменной плавки. Эти исследования дают очень важные для теории доменной плавки сведения. Так изучается связь процесса восстановления металла из руды и шлакообразования с движением газов в печи.

Оригинальный способ был применен нашими учеными для подсчета количества рыб, выпускаемых из питомников в реку. Некоторое число выловленных мальков на небольшое время было погружено в ванну со слабым раствором радиоактивного фосфора. Меченые таким путем рыбы были выпущены обратно в пруд, где они равномерно распределились между всеми мальками. Взятые затем в разных местах пруда пробы мальков дали возможность определить соотношение между радиоактивными и нерадиоактивными рыбами. Таким путем была определена интенсивность излучения, приходящаяся на 100–200 мальков. Гидробиологи измеряли излучение при выпуске мальков из пруда в реку и тем самым определяли количество рыбы, выпущенной из питомника. Радиоактивный фосфор быстро распадается, но если пометить рыб каким-либо долго живущим изотопом, например радиоактивным кальцием, то за такими мечеными рыбами можно долго наблюдать: изучать их рост, следить за их передвижением и т. д. Здесь уже метод меченых атомов прямо заменяет кольцевание рыб.

Примерно таким же образом можно проследить за передвижением насекомых. Поведение насекомых мало изучено, потому что трудно выделить отдельное насекомое из общей массы и наблюдать его перемещение. Известно, что пчеловоды для изучения жизни пчел иногда просто метят их специальной краской. Роль такой краски значительно лучше выполняют меченые атомы. Для наблюдения за перелетом мух был проделан такой опыт. Специальной партии мух (около 15 тысяч) в течение нескольких дней не давали воды, а затем для утоления жажды им дали раствор радиоактивного фосфора и выпустили на волю. Оказалось, что мухи способны перелетать на очень большие расстояния. Расставленные мухоловки с мясом улавливали радиоактивных мух на очень больших расстояниях. Путь в 15 километров они пролетели за два дня.

В научных исследованиях в области биологии и медицины меченые атомы совершили такую же революцию, как в свое время изобретение микроскопа. Они позволили разрешить ряд проблем, которые долгое время казались неразрешимыми.

Добавляя меченые радиоактивные атомы к пище, ученые установили, что почти все вещества, входящие в состав нашего тела, все время обновляются. Быстрее всего обновляются жиры. Белки, поступающие с пищей, заменяют окислившиеся в мышцах и крови белки, которые удаляются из организма. Радиоактивные атомы дали возможность определить время «жизни» белка в различных тканях и органах. Железо, содержащееся в крови, оказывается, почти не обновляется, а когда красные кровяные шарики отмирают, то их железо идет на образование новых.

Если сделать радиоактивным углерод, входящий в состав крови, используемой при переливании, то можно измерить продолжительность жизни красных кровяных шариков перелитой крови и найти наилучший способ подготовки ее для переливания.

Известно, какое значение имеет скорость кровообращения для жизнедеятельности организма. Можно измерить эту скорость, вводя в какую-нибудь часть тела радиоактивный натрий. Счетчик Гейгера-Мюллера отметит, через какое время кровь перенесет этот радиоактивный препарат в различные органы.

Радиоактивный препарат позволяет изучить процесс и место образования мозговых опухолей. Больной принимает радиоактивный фосфор, который концентрируется в клетках опухолей. Их расположение в мозгу может быть точно определено с помощью маленьких счетчиков Гейгера-Мюллера. Это в значительной степени облегчает работу хирурга и гарантирует полное удаление опухолей.

Метод меченых атомов уже дал возможность решить ряд проблем в сельском хозяйстве и животноводстве. Доказано, например, что минеральные фосфор и кальций принимают непосредственное участие в «приготовлении» молока коровы. Следовательно, подбирая соответствующие корма, можно добиться значительного увеличения надоев.

Соединения серы играют большую роль в создании волосяного покрова животных. Исследования, проведенные с радиоактивной серой, показали, что у тонкорунной овцы серные соединения надолго задерживаются в организме и максимально используются для образования густой шерсти.

Если добавить радиоактивные вещества в удобрения, то можно легко проследить, как и какими частями растения эти удобрения усваиваются. Например, добавив радиоактивный фосфор в обычные фосфатные удобрения, установили, что кукуруза лучше всего усваивает эти удобрения в ранний период своего произрастания. На более поздних стадиях глубоко проросшие корни кукурузы получают необходимый для растения фосфор из нижних, неудобренных слоев почвы.

Опыты, проведенные с картофелем, показали, что эта культура требует непрерывной подкормки фосфором. Почти весь фосфор она извлекает из вносимых в почву удобрений.

Удалось также выяснить, что больше всего фосфора поглощают стебли растений; в зрелых плодах его почти нет.

Весьма любопытным является применение метода меченых атомов для измерения времени.

Мы рассматривали реакцию, в которой образуется радиоактивный углерод:

Азот¹⁴+нейтрон¹→углерод¹⁴+водород¹.

Такая реакция в природе происходит непрерывно. Космические лучи, бомбардируя ядра азота земной атмосферы, превращают его в углерод¹⁴, имеющий период полураспада около 5700 лет. Этот радиоактивный углерод вместе с обычным поглощается растениями. Живые растительные волокна всегда в определенной пропорции содержат радиоактивный углерод. Однако после того как растение умирает, поглощение углерода прекращается. Радиоактивный распад приводит к постепенному уменьшению количества углерода¹⁴. Измеряя излучение «умерших» растительных веществ, можно узнать количество радиоактивного углерода. Зная период полураспада, мы таким путем можем довольно точно определить «возраст» какого-нибудь куска дерева или остатков растения.

Исследования обугленной кости и золы в одной из пещер древнего человека показали, что костер там горел 11 тысяч лет тому назад. Таким же путем было установлено, что в пещере Ласко (Франция) люди жили 15 500 лет назад. Были произведены многочисленные анализы древних предметов, найденных археологами. Период, к которому эти вещи принадлежали, определялся вполне объективным прибором, то есть счетчиком Гейгера-Мюллера.

Все эти примеры дают лишь очень общее представление о возможностях метода меченых атомов. Трудно переоценить его значение. Самые сложные химические и биологические процессы с помощью метода меченых атомов постепенно раскрываются человеком. Этот метод сейчас применяется в разных областях науки и техники и позволяет глубже и полнее познать законы природы, облегчить труд миллионов людей, вовремя распознать опасное заболевание человека.

Что такое лучевая болезнь. Широкие исследования, проводимые в настоящее время в области ядерной физики и реакторостроения, а также применение различных искусственных и естественных радиоактивных веществ и отходов ядерного реактора в народном хозяйстве, связаны с привлечением большого количества людей – специалистов разных областей науки и техники.

При работе на реакторах и с радиоактивными веществами люди могут иногда при неправильно подобранной и малоэффективной защите подвергаться сильному воздействию различных излучений, которые приводят к заболеванию так называемой лучевой болезнью.

Опасность воздействия этих излучений особенно велика в связи с тем, что человек не испытывает неприятных ощущений в момент их действия. В этом отношении радиоактивные излучения значительно коварнее, например, тепловых, инфракрасных лучей или большинства удушливых газов, действие которых почти мгновенно ощущается человеком.

Это заставляет нас с большей внимательностью относиться к безобидным на первый взгляд радиоактивным препаратам или приборам, выделяющим различные излучения, с большей тщательностью изучать их действие на различные живые организмы.

Сейчас уже известно, что самое сильное биологическое действие ядерного излучения заключается в ионизации атомов и молекул веществ, входящих в состав живого организма.

Эта ионизация ведет к нарушению молекулярных связей и изменению структуры различных химических соединений.

Например, под влиянием ионизирующих ядерных излучений происходит расщепление воды. Продукты расщепления ее являются химически активными веществами и вступают в соединение с белковыми молекулами, что приводит к образованию новых химических соединений, необычных для данного организма. В результате этих реакций нарушается нормальный обмен веществ и происходит изменение клеток. При сильном облучении ввиду ионизирующей способности ядерных излучений может наступить гибель клеток отдельных органов и даже целого организма.

Биологическое действие зависит от характера излучения.

Различные виды ионизирующих излучений при взаимодействии с веществом вызывают неодинаковое число ионизаций. Большое значение имеет также энергия излучения – скорость частиц и длина волны гамма-кванта. Для обычных ядерных излучений можно принять, что на пути в один миллиметр в воздухе одна альфа-частица вызывает 6 тысяч пар ионов, одна бета-частица – 6 пар ионов, а десять гамма-квантов – одну пару ионов. Таким образом, наибольшим биологическим действием обладают альфа-частицы и наименьшим – гамма-лучи.

Однако мы уже знаем, что наибольшей проникающей способностью обладает гамма-излучение. Оно проникает через всю толщу организма и действует на все ткани и органы.

Лист писчей бумаги, полотняная ткань полностью поглощают альфа-излучение. Поверхностное облучение кожи человека альфа-частицами почти безвредно, так как излучение поглощается роговым слоем кожи. Альфа-излучение становится очень опасным только тогда, когда радиоактивный препарат попадает внутрь организма, в кровь и интенсивно воздействует непосредственно на ткани и клетки.

Бета-частица при наружном облучении непосредственно действует только на кожу и слизистые оболочки.

Радиоактивные вещества широко распространены в природе. Кроме того, живые организмы и клетки находятся под постоянным воздействием космического излучения. Однако многочисленные наблюдения показывают, что организм от этого излучения не только не страдает, но оно необходимо для его нормального существования.

Увеличенная доза^[11] излучения плохо переносится живыми существами и растениями. Максимальная доза, переносимая совершенно здоровым человеком в течение длительного времени без вреда для здоровья, примерно в 60–100 раз превышает уровень естественной радиации и равняется 0,05 рентгена в день.

Ежедневное облучение более высокими дозами приводит к развитию лучевой болезни, а при внешнем облучении, например, только рук, возникают тяжелые поражения кожи, которые могут перейти в злокачественные образования (рак кожи).

При однократном облучении всего тела заметные изменения у здорового человека уже бывают при облучении свыше 50 рентгенами. Однако через некоторое время заболевание проходит бесследно. Доза в 100–200 рентген может вызвать тяжелое заболевание. И очень тяжелое заболевание вызывает облучение в 400 рентген. Доза в 600–700 рентген является очень опасной для жизни человека.

Степень заболевания зависит от размеров облученной поверхности тела. Облучение дозой в 600 рентген небольшого участка кожи вызывает ее покраснение, которое проходит довольно быстро. Облучение поверхности кожи в несколько десятков сантиметров действует уже сильнее. Появляется большая слабость, тошнота и головная боль, которые исчезают через сутки. Однократное облучение той же дозой трети поверхности тела вызывает тяжелое заболевание, а облучение половины – зачастую приводит к опасному для жизни человека заболеванию.

Степень заболевания зависит от общего состояния организма и состояния нервной системы. Люди уравновешенные обычно легче переносят воздействие излучения, чем люди с неустойчивой нервной системой.

Человек обычно наиболее устойчив к излучению в возрасте от 26 до 50 лет. У молодых и более пожилых чувствительность к излучению повышенная.

Первые симптомы лучевой болезни выражаются обычно в появлении слабости, повышенной утомляемости и головных болях. У больных появляется одышка при физической работе. Для начальной стадии болезни характерно некоторое изменение состава крови.

При более сильном облучении эти симптомы приобретают более тяжелый характер. Повышается утомляемость, снижается трудоспособность, заметно снижается память, возникают различные желудочные заболевания, наблюдается значительное понижение давления крови и изменяется ее состав в сторону уменьшения числа лейкоцитов и лимфоцитов, прогрессирует малокровие.

При хронической лучевой болезни заметно снижается сопротивляемость организма, его невосприимчивость к инфекциям. Это ведет к частым заболеваниям гриппом, ангиной и другими инфекционными болезнями.

Люди, страдающие лучевой болезнью, вызванной очень сильным облучением, являются тяжелобольными, требующими постельного режима. У этих больных ослабленный иммунитет к инфекциям, и они нередко погибают от случайных заболеваний, например от воспаления легких или общего заражения крови. У больных повышена температура, появляется сильное кровоизлияние, совершенно расстроена нервная система, появляется хроническое воспаление мозга.

Течение лучевой болезни у разных людей протекает по-разному. У некоторых людей даже сравнительно сильное переоблучение не вызывает серьезных заболеваний.

В нашей стране уделяется очень большое внимание лечению и профилактике лучевой болезни. Тяжелые заболевания возможны только при каких-либо значительных авариях. Однако и здесь врачам удается добиться выздоровления больного.

В атомных установках помещения для обслуживающего персонала отделяются от источников излучений толстыми защитными стенами. В этих помещениях установлены специальные приборы – дозиметры, которые позволяют обнаружить излучения даже небольшой интенсивности. Работники, находящиеся в особо опасных местах, имеют при себе индивидуальные дозиметры, регистрирующие степень облучения, которому они подвергаются в течение всего дня. Если кто-либо получил дозу облучения выше допустимой, он немедленно обследуется врачами, и в случае необходимости принимаются лечебные меры.

Периодическому медицинскому осмотру подвергается весь персонал. Люди, работающие с ионизирующими излучениями, получают бесплатное специальное питание и пользуются сокращенным рабочим днем.

ГЛАВА 7.

О ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ

Соединение легких ядер. Как известно, ядерную энергию можно получить как при делении ядер тяжелых, так и при соединении ядер легких элементов. Мы уже умеем получать и использовать энергию при делении ядер изотопа естественного урана – урана²³⁵ и ядер искусственных изотопов – урана²³³ и плутония²³⁹.

Физики еще раньше, чем была открыта реакция деления урана, знали, что при бомбардировке легких ядер быстрыми заряженными частицами происходят ядерные реакции, в которых выделяется очень большая энергия. Например, при бомбардировке лития ядрами водорода – протонами выделяется энергия, примерно в два с половиной раза большая, чем при делении урана, если отнести эту энергию к единице веса вещества, входящего в реакцию. Еще большая энергия получается при образовании ядер гелия из различных изотопов водорода.

Однако произвести соединение ядер не так легко. Ведь одноименно заряженные ядра с большой силой отталкиваются. Поэтому для того чтобы производить такие ядерные реакции, нужно ускорять заряженные частицы на специальных аппаратах-ускорителях. Но можно ли на ускорителях получать атомную энергию для практических целей? Оказывается, нет. Из огромного числа частиц лишь одна совершит ядерную реакцию, и энергии, выделенной при этом, недостаточно даже для того, чтобы компенсировать работу, затраченную на ускорение миллионов заряженных частиц, которые пройдут мимо атомных ядер. Таким путем нельзя получить выигрыш в энергии.

Очевидно, что для получения энергии при соединении легких ядер нужен процесс, который сам себя поддерживает. Оказалось, что для получения быстрых частиц совсем необязательно применять ускорители. Вспомните, ведь атомы и молекулы любого вещества всегда находятся в непрерывном движении. Причем скорость движения атомов, а следовательно, и ядер растет с повышением температуры вещества. Поэтому надо нагреть смесь легких элементов. Ядра этих элементов при своем движении будут сталкиваться друг с другом – соединяться. Происходят ядерные реакции и выделяется энергия. Если тепла, получающегося в этих реакциях, достаточно, чтобы поддержать высокую температуру вещества, то будет осуществляться самоподдерживающийся ядерный процесс. Этот процесс и называется термоядерной реакцией.

Примерно так же мы зажигаем смесь газа с воздухом в газовой горелке. Вы знаете, что газ сам по себе не загорится. Для его горения необходима температура порядка 400–500 градусов. Надо повернуть кран, пустить газ и поднести к нему зажженную спичку. Дальше уже газ сам будет поддерживать свое горение. Будет идти так называемая термохимическая реакция, при которой тепла, выделяющегося за счет химической реакции горения газа, достаточно, чтобы поддерживать существование самой реакции.

То же самое будет, если мы как-нибудь подожжем смесь легких элементов. Будет идти поддерживающая сама себя термоядерная реакция, при которой будет выделяться энергия, в десятки миллионов раз большая энергии любой химической реакции.

Но оказалось, что сделать это совсем не так просто. Для «зажигания» термоядерной реакции уже простая спичка не годится; нужна зажигалка, дающая температуру в несколько миллионов градусов. Только тогда скорость некоторой части легких ядер будет достаточна для преодоления отталкивающих электростатических сил и осуществления ядерных реакций.

Энергия Солнца и звезд. Получить температуру в несколько миллионов градусов в земных условиях очень трудно. Но оказывается, что термоядерные реакции идут в природе без нашего участия.