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 урана-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.

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 40-х г. XX в. были созданы методы обогащения урана его легким изотопом, основанные на минимальных различиях физико-химиче-ских 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 р~-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 ООО лет — главное ядерное горючее. Именно его накапливают в ядерных реакторах, получая из урана-238.

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

²³²Th + °n → ²³³Th →(β/23 мин)→ ²³³Ра →(β/27,4 сут)→ ²³³U(α/160 000 лет)

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