Галицкий Э.А. Радиобиология

Подождите немного. Документ загружается.

131

Ñîëíå÷íîå êîñìè÷åñêîå èçëó÷åíèå, âîçíèêàþùåå âî âðå-

ìÿ ñîëíå÷íûõ âñïûøåê, îáëàäàåò ñðàâíèòåëüíî íèçêîé ýíåð-

ãèåé è îáû÷íî íå ïðèâîäèò ê çàìåòíîìó óâåëè÷åíèþ äîçû

èçëó÷åíèÿ íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè.

Çàâèñèìîñòü êîñìè÷åñêîé ðàäèàöèè îò ãåîãðàôè÷åñ-

êîé øèðîòû è âûñîòû íàä óðîâíåì ìîðÿ. Â áîëüøèíñòâå

îáëàñòåé Âñåëåííîé óðîâíè ðàäèàöèè íàìíîãî âûøå, ÷åì íà

ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî Çåìëÿ âåäåò ñåáÿ

êàê ãèãàíòñêèé ìàãíèò. Íåêîòîðûå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû îò-

êëîíÿþòñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå è ïðîõîäÿò ìèìî íàøåé ïëàíå-

òû, äðóãèå èçìåíÿþò ñâîé êóðñ íàä ýêâàòîðîì è ñîáèðàþòñÿ â

âèäå âîðîíîê â ðàéîíàõ ïîëþñîâ, çàêðó÷èâàÿñü â ñîîòâåòñòâèè

ñ íàïðàâëåíèåì ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé ïðÿìî íàä ãåî-

ìàãíèòíûì ïîëþñîì. Ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ ôåíîìåí ñåâåðíîãî

ñèÿíèÿ, âîçíèêàþùåãî ïðè ïðîõîæäåíèè èíòåíñèâíûõ ïîòî-

êîâ êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé â ðàéîíå ïîëþñîâ.

Â ãåîãðàôè÷åñêèõ îáëàñòÿõ, ðàñïîëîæåííûõ íà óðîâíå

ìîðÿ, íî çíà÷èòåëüíî óäàëåííûõ îò ýêâàòîðà, äîçà êîñìè÷åñ-

êîãî èçëó÷åíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ è ñîñòàâëÿåò íà øèðîòå îêîëî

50° ïðèìåðíî 0,5 Çâ/êã. Òàêóþ äîçó ïîëó÷àþò æèòåëè ãîðîäîâ

Ëîíäîíà, Ìîñêâû, Íüþ-Éîðêà, Òîêèî, ðàñïîëîæåííûõ âáëè-

çè ýòîé øèðîòû.

Âûñîòà íàä óðîâíåì ìîðÿ èãðàåò äàæå áîëüøóþ ðîëü, ÷åì

ãåîãðàôè÷åñêàÿ øèðîòà, òàê êàê ñ åå óâåëè÷åíèåì âñå ìåíüøå

íàä íàìè âîçäóõà, èãðàþùåãî ðîëü çàùèòíîãî ýêðàíà. Îáèòà-

åìûå îáëàñòè Çåìëè, ðàñïîëîæåííûå íà âûñîòå 4500 ì, èñ-

ïûòûâàþò äîçó êîñìè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ äî 3 Çâ/êã. Íà âåðøè-

íå Ýâåðåñòà (8848 ì íàä óðîâíåì ìîðÿ) ñîîòâåòñòâóþùèé ïî-

êàçàòåëü ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 8 Çâ/êã (ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü

äîçû êîñìè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ æèòåëåé Çåìëè ïðèáëèçèòåëü-

íî ðàâíà 0,3 Çâ/êã.

Äîçû, ïîëó÷àåìûå ïàññàæèðàìè ðåàêòèâíûõ ñàìîëå-

òîâ îò êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé. Îáëó÷åíèþ êîñìè÷åñêèìè ëó÷à-

ìè ïîäâåðãàþòñÿ ýêèïàæè è ïàññàæèðû ðåàêòèâíûõ ñàìîëå-

òîâ. Òðàíñàòëàíòè÷åñêèé ïîëåò èç Ñîåäèíåííûõ Øòàòîâ

Àìåðèêè â Åâðîïó ñîïðîâîæäàåòñÿ äîïîëíèòåëüíûì âîçäåé-

ñòâèåì íà îðãàíèçì êîñìè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ â äîçå ïðèáëèçè-

òåëüíî 5·10

-5

Çâ. Çàâèñèò ìîùíîñòü ïîãëîùåííîé äîçû îò âû-

132

ñîòû ïîëåòà è ãåîãðàôè÷åñêîé øèðîòû. Âî âðåìÿ ðåéñà èç Ïàðè-

æà äî Ðèî-äå-Æàíåéðî íà îòðåçêå îò Ïàðèæà, äî Íàíòà, êîãäà

ëàéíåð ëåòåë ñî ñâåðõçâóêîâîé ñêîðîñòüþ íà âûñîòå 7,2·10

ì,

ìîùíîñòü ïîãëîùåííîé äîçû ðàâíÿëàñü 3·10

-7

Ãð/ñ . Íà îòðåçêå

ïóòè îò Íàíòà äî Äàêàðà, êîãäà ëàéíåð ëåòåë ñî ñâåðõçâóêîâîé

ñêîðîñòüþ óæå íà âûñîòå 16·10

ì, ìîùíîñòü ïîãëîùåííîé äîçû

â ðàéîíå 45° ñåâåðíîé øèðîòû äîñòèãëà 1,7·10

-6

Ãð/ñ, à çàòåì ñòà-

ëà óìåíüøàòüñÿ ñ øèðîòîé ïðè äâèæåíèè íà þã è ñíèçèëàñü äî

âåëè÷èíû 8,3·10

-7

Ãð/ñ â ðàéîíå 25° ñåâåðíîé øèðîòû.

Ïðè ïîëåòå â êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå êîñìîíàâòû ïîä-

âåðãàþòñÿ îáëó÷åíèþ ïåðâè÷íûì êîñìè÷åñêèì èçëó÷åíèåì,

âîçíèêàþùèì ïðè ñîëíå÷íûõ âñïûøêàõ. Ìîùíîñòü äîçû,

ïðèõîäÿùóþñÿ íà êîñìîíàâòîâ, ìîæíî óìåíüøèòü ïóòåì ââå-

äåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ýêðàíèðóþùèõ ìàòåðèàëîâ â îáøèâ-

êó êîðàáëÿ, íî ýòî óâåëè÷èò åãî ìàññó. Ïîýòîìó äëèòåëüíûå

êîñìè÷åñêèå ïîëåòû ëó÷øå îñóùåñòâëÿòü â ïåðèîäû íàèìåíü-

øåé ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè.

Óðàí  äîâîëüíî ðàñïðîñòðàíåííûé õèìè÷åñêèé ýëåìåíò,

ïðè÷åì åãî ñîäåðæàíèå óìåíüøàåòñÿ îò ïîâåðõíîñòè Çåìëè ê

åå öåíòðó. Åñëè áû êîíöåíòðàöèÿ óðàíà âî âñåé òîëùå Çåìëè

áûëà òàêîé æå, êàê è â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå, òåìïåðàòóðà ïî-

âåðõíîñòè èç-çà ïîãëîùåíèÿ ýíåðãèè ðàäèîàêòèâíîãî ðàñïàäà

áûëà áû ïðèìåðíî â 100 ðàç âûøå. À ðàç íàãðåâ ìíîãî ìåíüøå

îæèäàåìîãî, çíà÷èò, â íåäðàõ Çåìëè óðàíà íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì

ó ïîâåðõíîñòè. Â äâàäöàòèêèëîìåòðîâîì ñëîå Çåìëè ñîäåðæèò-

ñÿ 10

êã óðàíà. Ýíåðãèÿ åãî ðàñïàäà ýêâèâàëåíòíà 85·10

Äæ,

÷òî âî ìíîãî ìèëëèîíîâ ðàç ïðåâûøàåò òåïëîñîäåðæàíèå âñåõ

ðàçâåäàííûõ ãîðþ÷èõ èñêîïàåìûõ, ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíî-

ñòè ãèäðîýíåðãåòèêè, è ïî ýíåðãåòè÷åñêîìó ïîòåíöèàëó óñòó-

ïàåò òîëüêî âîäîðîäó Ìèðîâîãî îêåàíà. Òàêîå âûäåëåíèå òåï-

ëîòû èç-çà ðàñïàäà óðàíà â íåäðàõ Çåìëè âûçûâàåò çàìåòíîå

ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè ïëàíåòû. Åñëè áû âñå

ýòè 85·10

Äæ ýíåðãèè âûäåëèëèñü áû îäíîâðåìåííî, òî òåì-

ïåðàòóðà Çåìëè ïîäíÿëàñü áû íà íåñêîëüêî òûñÿ÷ ãðàäóñîâ è

ïëàíåòà ïðåâðàòèëàñü áû â æèäêèé êèïÿùèé øàð, êàêîé îíà,

âåðîÿòíî, è áûëà íåñêîëüêî ìèëëèàðäîâ ëåò íàçàä.

Ðóäû óðàíà ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå áîëüøèå ãðóïïû: ïåð-

âè÷íûå (îáðàçîâàâøèåñÿ â ïîãðàíè÷íûõ ôàçàõ òâåðäåâøèõ

133

ìàãìàòè÷åñêèõ èíòðóçèé) îáíàðóæèâàþùèåñÿ ÷àùå âñåãî â

ïåãìàòèòàõ, è âòîðè÷íûå  îñàäî÷íûå èëè ïðîäóêòû îêèñëå-

íèÿ è âûâåòðèâàíèÿ ïåðâè÷íûõ ìèíåðàëîâ. Îíè ëåãêî ðàç-

ëè÷àþòñÿ ïî öâåòó: ïåðâè÷íûå ðóäû ÷åðíîãî öâåòà, âòîðè÷-

íûå  ÿðêî-æåëòûå, çåëåíûå è êðàñíûå. Ðàçìåðû ðóäíûõ òåë

ïî ïëîùàäè êîëåáëþòñÿ îò íåñêîëüêèõ ìåòðîâ äî êèëîìåòðîâ,

ïî ãëóáèíå çàëåãàíèÿ  äî êèëîìåòðà, ïðè÷åì îíè ìîãóò âñòðå-

÷àòüñÿ â âèäå æèë, ëèíç è ò.ä. Íàïðèìåð, ïðîòÿæåííîñòü îä-

íîé èç ðóäîíîñíûõ ïîëîñ â Þæíîé Àôðèêå äîñòèãàåò 2·10

ïðè ãëóáèíå 2,5·10

ì. Â òàêèõ þæíîàôðèêàíñêèõ çîëîòîíîñ-

íûõ ïåñêàõ óðàí ïðèñóòñòâóåò â âèäå ñâîáîäíûõ çåðåí óðàíè-

òà èëè îðãàíè÷åñêîé ñìîëû, âêëþ÷àþùåé òîðèé, óðàí è äðó-

ãèå ýëåìåíòû. Îáùåå ñîäåðæàíèå óðàíà â íèõ îöåíèâàåòñÿ â

2·10

3·10

êã.

Â ïðàêòè÷åñêîì îòíîøåíèè áîãàòûìè ñ÷èòàþòñÿ ìåñòî-

ðîæäåíèÿ, ñîäåðæàùèå äî 0,1% óðàíà ê îáùåé ìàññå ïîðîäû.

Ìåñòîðîæäåíèÿ, ñîäåðæàùèå 0,020,05% óðàíà (â îñíîâíîì

ïåñ÷àíèêîâîãî òèïà, âêëþ÷àþùèå ìèíåðàëû íàñòóðàí è êàð-

íîòèò), õîòÿ ñåé÷àñ øèðîêî íå ðàçðàáàòûâàþòñÿ, íî ñ÷èòàþò-

ñÿ î÷åíü ïåðñïåêòèâíûìè.

Îãðîìíûé, õîòÿ è íåñêîëüêî îòäàëåííûé, èíòåðåñ ïðåä-

ñòàâëÿþò âîäû Ìèðîâîãî îêåàíà. Â ìîðñêîé âîäå óðàíà íå òàê

óæ ìàëî  34·10

-6

êã íà 1ì

, ò.å. â âîäàõ Ìèðîâîãî îêåàíà ñî-

äåðæèòñÿ îêîëî 4·10

êã óðàíà. Òàê êàê èç âîäû èçâëåêàòü óðàí

ëåã÷å, ÷åì èç ðóä, âî ìíîãèõ ñòðàíàõ óæå ñåé÷àñ âåäóò èíòåí-

ñèâíûå èññëåäîâàíèÿ ýòîãî ïðîöåññà. Î÷åíü ïåðñïåêòèâíûì

ïðåäñòàâëÿåòñÿ ôèëüòðàöèÿ ìîðñêîé âîäû ÷åðåç ïîðèñòûå

ïåðåãîðîäêè (íàïðèìåð, ïðèëèâíî-îòëèâíûå ïëîòèíû èç òà-

êîãî ìàòåðèàëà), ñîñòîÿùèå èç íåîðãàíè÷åñêèõ ñåëåêòèâíûõ

èîíîîáìåííèêîâ îêñèäà òèòàíà èëè öèðêîíèÿ, ôîñôàòà è áî-

ðàòà öèðêîíèÿ è äð. Ïðè ýòîì óðàí ïî÷òè ïîëíîñòüþ ïîãëî-

ùàåòñÿ èîíîîáìåííèêàìè, òîãäà êàê äðóãèå ñîäåðæàùèåñÿ â

ìîðñêîé âîäå ìåòàëëû ïîãëîùàþòñÿ â ãîðàçäî ìåíüøåé ñòå-

ïåíè. Çàòåì óðàí ëåãêî ñìûâàåòñÿ ñ ôèëüòðóþùåé ïåðåãîðîä-

êè, è îíà ñíîâà ãîòîâà ê èñïîëüçîâàíèþ. Ïåðâûé øàã ê èçâëå-

÷åíèþ óðàíà èç ïðàêòè÷åñêè íåèñ÷åðïàåìîé «êëàäîâîé» Ìè-

ðîâîãî îêåàíà ñäåëàí. Â 1974 ã. áûëè îïóáëèêîâàíû ðåçóëüòàòû

èññëåäîâàíèé ãðóïïû ñîâåòñêèõ ó÷åíûõ, â êîòîðûõ â êà÷åñòâå

134

àäñîðáåíòà óðàíà èç ìîðñêîé âîäû èñïîëüçîâàëñÿ ñïåöèàëü-

íî ïðèãîòîâëåííûé ãèäðîêñèä òèòàíà Ti(OH)

 òèòàíîãåëü.

Îêàçàëîñü, ÷òî òèòàíîãåëü ìîæåò ñåëåêòèâíî óâëåêàòü áîëåå

90% ýòîãî óðàíà, ïî÷òè íå ïîãëîùàÿ äðóãèõ êàòèîíîâ.

Åäèíèöà â 0,01 Çâ ñëèøêîì âåëèêà äëÿ èçìåðåíèÿ óðîâ-

íåé ðàäèàöèè, ñóùåñòâóþùèõ â ïðèðîäå. Ïðèíÿòî óïîòðåá-

ëÿòü âåëè÷èíó, ðàâíóþ 10

-5

Çâ.

Âîò ñðàâíèòåëüíûå óðîâíè ðàäèîàêòèâíîãî îáëó÷åíèÿ, ïî

äàííûì, ïîëó÷åííûì ñïåöèàëèñòàìè Ñîåäèíåííûõ Øòàòîâ.

Êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé, åñòåñòâåííîé ðàäèîàêòèâíîñòè ÷åëîâå÷åñ-

êîãî òåëà, ãîðíûõ ïîðîä è ïî÷â, âîçäóõà íà îäíîãî æèòåëÿ ÑØÀ

ïðèõîäèòñÿ 70200·10

-5

Çâ/ãîä. Äîïîëíèòåëüíîå èçëó÷åíèå âíóò-

ðè êàìåííîãî äîìà, âûçâàííîå åñòåñòâåííîé ðàäèîàêòèâíîñ-

òüþ ñòðîèòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ,  50150·10

-5

Çâ/ãîä, öâåòíûå

òåëåâèçîðû  2·10

-5

Çâ/ãîä, ïðè ðåíòãåíîñêîïèè ãðóäíîé êëåò-

êè  200·10

-5

Çâ/ãîä, æåëóäêà  22000·10

-5

Çâ/ãîä. Òåïåðü ñðàâíè-

òå ñ ýòèìè öèôðàìè êîëè÷åñòâî çèâåðòîâ, ïîëó÷àåìûõ ëþäü-

ìè, ïðîæèâàþùèìè â 6·10

7·10

ì îò ÀÝÑ: îíî ñîñòàâëÿåò

îêîëî 1·10

-5

Çâ/ãîä, à äëÿ ïðî÷åãî íàñåëåíèÿ  0,001·10

-5

Çâ/ãîä.

Ïðîâîäèìûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî îáëó÷åíèå, ñîîò-

âåòñòâóþùå 0,1·10

-5

Çâ/ãîä, ñîêðàùàåò æèçíü ÷åëîâåêà â ñðåä-

íåì íå áîëåå ÷åì íà 10 ñ íà êàæäûé ãîä îáëó÷åíèÿ (ïðèìåðíî 3

÷ çà 100 ëåò æèçíè). Ýòî íåñîïîñòàâèìî ìåíüøå, ÷åì óêîðà÷è-

âàíèå ñåáå æèçíè óïîòðåáëåíèåì ñèãàðåò èëè àëêîãîëÿ. Îáëó-

÷åíèå æå îò ñáðîñîâ ÿäåðíûõ ðåàêòîðîâ, ñîñòàâëÿþùåå â íà-

ñòîÿùåå âðåìÿ 0,001·10

-5

Çâ/ãîä, ìîæåò â ñêîðîì âðåìåíè ïîä-

íÿòüñÿ äî 0,1·10

-5

Çâ/ãîä. Ýòî ïðè óñëîâèè, ÷òî íèêàêèõ

íîâîââåäåíèé, ñíèæàþùèõ óðîâåíü ðàäèàöèè îòõîäîâ àòîì-

íûõ ýëåêòðîñòàíöèé, ââîäèòüñÿ íå áóäåò. Õîòÿ âðÿä ëè êòî ñî-

ìíåâàåòñÿ, ÷òî òåõíè÷åñêèé ïðîãðåññ è ðàçâèòèå ìåòîäîâ êîí-

òðîëÿ è î÷èñòêè ïîçâîëÿò ñíèçèòü ýòó öèôðó.

Îïàñíîñòü äëÿ ÷åëîâå÷åñòâà ïðåäñòàâëÿþò àòîìíûå âçðû-

âû â àòìîñôåðå, âîäå è (ïðàâäà, çíà÷èòåëüíî ìåíüøå) ïîä çåì-

ëåé. Òàêèå âçðûâû, áåçóñëîâíî, çàïðåùåíû ìåæäóíàðîäíûìè

ñîãëàøåíèÿìè. Èõ ïîäïèñàëè ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ñòðàí

ìèðà, è êîíòðîëü óñòàíîâëåí ñàìûé òùàòåëüíûé è íàäåæíûé.

Äî ñåãî âðåìåíè ñêàçûâàþòñÿ ïîñëåäñòâèÿ ïðîâîäèâøèõñÿ

ðàíåå èñïûòàíèé àòîìíîãî îðóæèÿ.

135

Íåïîñðåäñòâåííî îðãàíàìè ÷óâñòâ ìû íå âîñïðèíèìàåì

èîíèçèðóþùåå èçëó÷åíèå. Íî â äåéñòâèòåëüíîñòè ýòî íå ñî-

âñåì òàê: ÷åëîâåê ìîæåò âèäåòü ðåíòãåíîâñêîå è ãàììà-èçëó÷å-

íèå êàê ìåðöàþùèé ãîëóáîâàòûé ñâåò. Îùóùåíèå î÷åíü ñëàáî-

ãî ñâåòà âîçíèêàåò óæå ïðè îáëó÷åíèè ãëàç ñ äîçîé ìîùíîñòüþ

77,7·10

Áê/êã â ñåêóíäó; äîçà 477·10

Áê/êã â ñåê óæå ñíèæàåò

íîðìàëüíóþ ñâåòîâóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, à äîçà â 9,5·10

Áê/êã

â ñåê âûçûâàåò ïîìóòíåíèå õðóñòàëèêà  êàòàðàêòó.

Ïðè íàáëþäåíèè çà ïîâåäåíèåì æèâîòíûõ âî âðåìÿ îáëó-

÷åíèÿ âèäíî, ÷òî îíè îùóùàþò âîçäåéñòâèå ðàäèàöèè. Ñàäîâàÿ

óëèòêà ïðè âîçäåéñòâèè àëüôà-èçëó÷åíèåì çàêðûâàåò ìàíòèé-

íóþ ïîëîñòü. Ó ìóðàâüåâ âîçíèêàåò «òðåâîãà»  îíè ìå÷óòñÿ,

÷èñòÿò óñèêè è ñòàðàþòñÿ óéòè èç îáëó÷àåìîé äîçû. Íàñåêîìûå

ñðàâíèòåëüíî ìàëî ÷óâñòâèòåëüíû ê èçëó÷åíèþ, ðåàêöèÿ âîçíè-

êàåò ïðè îòíîñèòåëüíî âûñîêîé äîçå 28,49·10

Áê/êã â ñåê.

Òðîïè÷åñêèå ðûáêè íåêîòîðûõ âèäîâ óïëûâàþò èç îáëó-

÷àåìîé ÷àñòè àêâàðèóìà è òåì áûñòðåå, ÷åì âûøå èíòåíñèâ-

íîñòü èçëó÷åíèÿ.

Âîçìîæíîñòü âîñïðèÿòèÿ èîíèçèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ

áûëà äîêàçàíà è ìåòîäîì óñëîâíûõ ðåôëåêñîâ. Èçëó÷åíèå ñëó-

æèëî ñèãíàëîì ñèëüíîãî áîëåâîãî îùóùåíèÿ, âûçâàííîãî óäà-

ðîì òîêà. Ïîñëå ñîðîêà ñî÷åòàíèé ðåôëåêñ âûðàáàòûâàëñÿ:

îáëó÷åíèå çàñòàâëÿëî æèâîòíûõ óêëîíÿòñÿ îò âîçäåéñòâèÿ

ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà.

Âñå ýòè îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî æèâîòíûå ìîãóò îùóùàòü

èîíèçèðóþùåå èçëó÷åíèå, íî êàêîâà ïðèðîäà ýòîãî îùóùåíèÿ,

íàì ïîêà íåèçâåñòíî.

ßÄÅÐÍÛÅ ÐÅÀÊÒÎÐÛ

Êàêîâû îñîáåííîñòè ÿäåðíîãî ðåàêòîðà, ïðèçâàííîãî ñëó-

æèòü èñòî÷íèêîì ýíåðãèè, âûäåëÿåìîé â ïðîöåññå äåëåíèÿ

ÿäåð? Ïðåæäå âñåãî, ñóùåñòâóþò âåùåñòâà, èãðàþùèå ðîëü

ñîáñòâåííî òîïëèâà. Èçîòîï óðàíà

235

U ëåãêî äåëèòñÿ, ïîãëî-

ùàÿ ìåäëåííî äâèæóùèåñÿ íåéòðîíû, òàê ÷òî

235

U  õîðîøåå

ÿäåðíîå òîïëèâî. Ê ñîæàëåíèþ, èçîòîï

235

U ñîñòàâëÿåò ëèøü

ìàëóþ äîëþ (0,7%) ïðèðîäíîãî óðàíà. Áîëåå ðàñïðîñòðàíåí-

íûé èçîòîï óðàíà

238

U íå ñïîñîáåí äåëèòüñÿ ïðè ñòîëêíîâå-

136

íèè ñ ìåäëåííûì íåéòðîíîì, è ïîýòîìó â ðåàêòîðàõ, ïðè-

ñïîñîáëåííûõ ê èçîòîïó

235

U, èñïîëüçîâàòü èçîòîï

238

U áåñ-

ïîëåçíî. Ïîñêîëüêó ñîäåðæàíèå èçîòîïà

235

U â ïðèðîäíîì

óðàíå ñòîëü ìàëî (ïðèáëèçèòåëüíî 1 àòîì íà 150 àòîìîâ),

íåîáõîäèìî ïðîèçâåñòè îáîãàùåíèå èçîòîïîì

235

U ëþáîãî

îáðàçöà óðàíà, ïðåæäå ÷åì åãî ìîæíî áóäåò ðàññìàòðèâàòü

êàê ÿäåðíîå òîïëèâî. Ïðîåêòèðîâàíèå è ñîçäàíèå îáîðóäî-

âàíèÿ äëÿ îáîãàùåíèÿ óðàíà ñîñòàâëÿëè îäíó èç ãëàâíûõ çà-

äà÷, ðåøåííûõ ó÷åíûìè è èíæåíåðàìè ïðè ðåàëèçàöèè â

ãîäû âòîðîé ìèðîâîé âîéíû Ìàíõýòòåíñêîãî ïðîåêòà (ïðî-

åêòà ñîçäàíèÿ àòîìíîé áîìáû â ÑØÀ). Áûëà ðàçðàáîòàíà

ñïåöèàëüíàÿ òåõíîëîãèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ óäàëÿòü èç îáðàçöà

óðàíà ãëàâíûì îáðàçîì èçîòîï

238

U, ÷òî ïîçâîëèëî óâåëè÷è-

âàòü â íåì ñîäåðæàíèå èçîòîïà

235

U. Ðàçðàáîòàííûå â òîò

ïåðèîä âðåìåíè ìåòîäû èñïîëüçóþòñÿ â ÿäåðíûõ ðåàêòîðàõ

è ñåãîäíÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ óðàíà, îáîãàùåííîãî èçîòîïîì

235

Äëÿ ïðîèçâîäñòâà ÿäåðíîãî îðóæèÿ è â íåêîòîðûõ ðåàêòîðàõ

ñïåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ òðåáóåòñÿ óðàí, ñîñòîÿùèé íà 90%

è áîëåå èç èçîòîïà

235

U. Îäíàêî áîëüøèíñòâî ïðîìûøëåí-

íûõ ðåàêòîðîâ ðàáîòàåò íà òîïëèâå, ñîäåðæàùåì íå áîëåå

3% èçîòîïà

235

Äåëåíèå ÿäåð

235

U ïðîèñõîäèò îñîáåííî ýôôåêòèâíî, êîã-

äà ïîãëîùàåìûå èìè íåéòðîíû îáëàäàþò îòíîñèòåëüíî íèç-

êèìè ñêîðîñòÿìè è ñîîòâåòñòâåííî ìàëûìè ýíåðãèÿìè. Áîëü-

øèíñòâî ðåàêöèé äåëåíèÿ â îáðàçöå èç

235

U âûçûâàåòñÿ íåéò-

ðîíàìè, ýíåðãèè êîòîðûõ íèæå 1,6·10

Äæ. Â òî æå âðåìÿ

íåéòðîíû, âûäåëÿåìûå â ïðîöåññå äåëåíèÿ, èìåþò ýíåðãèþ

â íåñêîëüêî ìåãàýëåêòðîí-âîëüò. Òåì ñàìûì ÿäåðíûé ðåàêòîð

äîëæåí ñîäåðæàòü â ñåáå âåùåñòâî, ñïîñîáíîå çàìåäëÿòü

áûñòðîäâèæóùèåñÿ íåéòðîíû, âîçíèêøèå ïðè äåëåíèè, ñ òåì,

÷òîáû îíè ìîãëè ýôôåêòèâíî âûçûâàòü ïîñëåäóþùèå ðåàê-

öèè äåëåíèÿ. Êàêîå æå âåùåñòâî ìîæåò ñëóæèòü çàìåäëèòå-

ëåì íåéòðîíîâ? Äâèæóùàÿñÿ ÷àñòèöà ìàññîé m ïåðåäàåò ìàê-

ñèìàëüíóþ ýíåðãèþ, åñëè èìååò ìåñòî åå ëîáîâîå ñòîëêíîâå-

íèå ñ ÷àñòèöåé òîé æå ìàññû. Â ýòîì ñëó÷àå âñÿ êèíåòè÷åñêàÿ

ýíåðãèÿ ïåðåäàåòñÿ ïåðâîíà÷àëüíî ïîêîÿùåéñÿ ÷àñòèöå, à íà-

ëåòàþùàÿ ÷àñòèöà îñòàíàâëèâàåòñÿ. Êîíå÷íî, äîëÿ ëîáîâûõ

137

ñòîëêíîâåíèé î÷åíü íåâåëèêà. Îäíàêî äàæå â ñòîëêíîâåíèÿõ,

â êîòîðûõ ïàäàþùàÿ ÷àñòèöà îòêëîíÿåòñÿ íà íåêèé óãîë, çíà-

÷èòåëüíàÿ äîëÿ ýíåðãèè ïåðåäàåòñÿ îò ïàäàþùåé ÷àñòèöû ê

ïîêîÿùåéñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, âåùåñòâîì, íàèáîëåå ïðèãîäíûì

äëÿ çàìåäëåíèÿ íåéòðîíîâ, äîëæåí ñëóæèòü âîäîðîä. Ïîñêîëü-

êó íàì íåîáõîäèì çàìåäëèòåëü íåéòðîíîâ, ïëîòíîñòü êîòîðî-

ãî íàìíîãî ïðåâîñõîäèò ïëîòíîñòü ãàçà, î÷åíü ÷àñòî â ýòîé

ðîëè èñïîëüçóåòñÿ îáû÷íàÿ âîäà Í

Î.

Õîòÿ âîäîðîä  ýôôåêòèâíûé çàìåäëèòåëü íåéòðîíîâ,

äëÿ åãî èñïîëüçîâàíèÿ â ðåàêòîðå ñóùåñòâóåò îäíî ïðåïÿò-

ñòâèå. Ïðè ñòîëêíîâåíèè íåéòðîíà ñ ïðîòîíîì èíîãäà âìå-

ñòî îòêëîíåíèÿ èìååò ìåñòî ðåàêöèÿ çàõâàòà, êîòîðàÿ èñ-

êëþ÷àåò ñîîòâåòñòâóþùèé íåéòðîí èç ÷èñëà íåéòðîíîâ,

îáåñïå÷èâàþùèõ ïîñëåäóþùèå ðåàêöèè äåëåíèÿ. Íà ïðàê-

òèêå, ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòü ïîòåðè íåéòðîíîâ, âûçâàííûå

ðåàêöèÿìè çàõâàòà, íåîáõîäèìî èìåòü áîëüøå ÿäåð, ñïîñîá-

íûõ äåëèòüñÿ; èíà÷å ãîâîðÿ, óðàíîâîå òîïëèâî äîëæíî áûòü

îáîãàùåíî.

Â îäíîì èç òèïîâ ðåàêòîðîâ â êà÷åñòâå çàìåäëèòåëÿ íåé-

òðîíîâ âìåñòî îáû÷íîé âîäû Í

Î ïðèíÿòî èñïîëüçîâàòü òÿ-

æåëóþ âîäó D

Î, ïîñêîëüêó ÿäðà äåéòåðèÿ íå ñïîñîáíû ïî-

ãëîùàòü íåéòðîíû ñòîëü ëåãêî, êàê ýòî äåëàþò ÿäðà îáû÷íî-

ãî âîäîðîäà. Â òàêèõ ðåàêòîðàõ ïîòåðè íåéòðîíîâ

îêàçûâàþòñÿ ìèíèìàëüíûìè, òàê ÷òî â íèõ ìîæíî èñïîëü-

çîâàòü ïðèðîäíûé íåîáîãàùåííûé óðàí. Ýòè ðåàêòîðû íà-

çûâàþò ðåàêòîðàìè íà òÿæåëîé âîäå; òå ðåàêòîðû, â êîòîðûõ

èñïîëüçóåòñÿ îáû÷íàÿ âîäà, íàçûâàþòñÿ âîäÿíûìè ðåàêòî-

ðàìè. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðåàêòîðû íà òÿæåëîé âîäå ñòðîÿò-

ñÿ òîëüêî â Êàíàäå.

Îäíîé èç ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ ïðîìûøëåííûì èñïîëü-

çîâàíèåì òàêèõ ðåàêòîðîâ, ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ ñòîèìîñòü òÿæå-

ëîé âîäû.

Â ÑØÀ îðèåíòèðóþòñÿ íà òî, ÷òî íåêîòîðûå ïîòåðè íåé-

òðîíîâ íà çàõâàò ÿäðàìè âîäîðîäà äîïóñòèìû è èõ ñëåäóåò

êîìïåíñèðîâàòü, èñïîëüçóÿ áîëåå îáîãàùåííîå óðàíîâîå òîï-

ëèâî. Âñå ïðîìûøëåííûå ðåàêòîðû, íûíå ðàáîòàþùèå â

ÑØÀ,  ýòî âîäÿíûå ðåàêòîðû.

138

Â ðåàêòîðàõ âîäà èñïîëüçóåòñÿ íå òîëüêî êàê çàìåäëèòåëü

íåéòðîíîâ, íî è êàê íîñèòåëü, ïåðåäàþùèé ýíåðãèþ, âûäåëÿ-

åìóþ ïðè äåëåíèè, ïàðîâîìó êîòëó (ðèñ. 23), ïðèâîäÿùåìó â

äåéñòâèå ýëåêòðîãåíåðàòîð. Ïîñëå òîãî êàê ðåàêöèÿ äåëåíèÿ

ïðîèçîøëà, îñêîëêè óäàëÿþòñÿ èç îáëàñòè, ãäå ïðîèçîøëî äå-

ëåíèå, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ. Ýòè îñêîëêè íà ñâîåì ïóòè ñòàë-

êèâàþòñÿ ñ àòîìàìè, ïðèâîäÿ èõ â äâèæåíèå. Òàêèì îáðàçîì,

ýíåðãèÿ ñâÿçè ÿäðà óðàíà ñíà÷àëà ïðåâðàùàåòñÿ â êèíåòè÷åñ-

êóþ ýíåðãèþ îñêîëêîâ äåëåíèÿ, à çàòåì ïîñëåäíÿÿ ïðåâðàùà-

åòñÿ â òåïëîâóþ ýíåðãèþ ñèñòåìû. ×åðåç òó îáëàñòü ðåàêòîðà,

â êîòîðîé ïðîèñõîäèò äåëåíèå ÿäåð (àêòèâíàÿ çîíà ðåàêòî-

ðà), ïðîêà÷èâàåòñÿ âîäà, ïîãëîùàþùàÿ ÷àñòü òåïëîòû, ïîëó-

÷àåìîé â ýòîé îáëàñòè. Òåì ñàìûì âîäà â ðåàêòîðå èãðàåò ðîëè

çàìåäëèòåëÿ è îõëàäèòåëÿ îäíîâðåìåííî. Ïàð, ïîëó÷àåìûé

çà ñ÷åò òåïëîòû, ïðèíîñèìîé âîäîé, ïðèâîäèò â äâèæåíèå

òóðáèíó ýëåêòðîãåíåðàòîðà.

Ñóùåñòâóåò åùå îäèí êîìïîíåíò, áåç êîòîðîãî íåâîçìîæ-

íà ïðîèçâîäèòåëüíàÿ è áåçîïàñíàÿ ðàáîòà ðåàêòîðà. ×òîáû

ìîùíîñòü ðåàêòîðà îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé, íåîáõîäèìî îáåñ-

ïå÷èòü óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ òîëüêî îäèí íåéòðîí, ïîëó÷åí-

íûé â ïðåäûäóùåé ðåàêöèè äåëåíèÿ, âûçûâàë áû íîâóþ ðå-

àêöèþ äåëåíèÿ. Åñëè ýòî ÷èñëî (íàçûâàåìîå êîýôôèöèåí-

òîì ðàçìíîæåíèÿ íåéòðîíîâ) îêàæåòñÿ íåñêîëüêî ìåíüøå

åäèíèöû, òî ìîùíîñòü ðåàêòîðà áóäåò ïîñòåïåííî óáûâàòü.

Àíàëîãè÷íî, åñëè êîýôôèöèåíò ðàçìíîæåíèÿ íåéòðîíîâ

ñëåãêà ïðåâûøàåò åäèíèöó, ìîùíîñòü ðåàêòîðà âîçðàñòàåò.

Ïîñêîëüêó îáå ñèòóàöèè íåæåëàòåëüíû, íåîáõîäèìî èìåòü

ìåõàíèçì êîíòðîëÿ, ïîçâîëÿþùèé ïîääåðæèâàòü çíà÷åíèå êî-

ýôôèöèåíòà ðàçìíîæåíèÿ íåéòðîíîâ â òî÷íîñòè ðàâíûì åäè-

íèöå. Ýòî äîñòèãàåòñÿ ïóòåì ïîìåùåíèÿ â ðåàêòîð íåêîòî-

ðîãî êîëè÷åñòâà ïîäâèæíûõ êîíòðîëüíûõ ñòåðæíåé. Ýòè

ñòåðæíè ñîäåðæàò ýëåìåíò (îáû÷íî áîð), ëåãêî ïîãëîùàþ-

ùèé íåéòðîíû. Åñëè êîýôôèöèåíò ðàçìíîæåíèÿ íà÷èíàåò

ïðåâûøàòü åäèíèöó (óâåëè÷èâàÿ ìîùíîñòü ðåàêòîðà), êîíò-

ðîëüíûå ñòåðæíè âäâèãàþòñÿ íåìíîãî â àêòèâíóþ çîíó ðå-

àêòîðà. Ïîâûøåííîå ïîãëîùåíèå íåéòðîíîâ â ñòåðæíÿõ ïðè-

âîäèò ê óìåíüøåíèþ êîýôôèöèåíòà ðàçìíîæåíèÿ íåéòðîíîâ.

139

Íàïðîòèâ, åñëè êîýôôèöèåíò ðàçìíîæåíèÿ óáûâàåò, òî ñòåð-

æíè ñëåãêà âûäâèãàþòñÿ èç ðåàêòîðà, ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíü-

øåíèþ ïîãëîùåíèÿ íåéòðîíîâ. Âäâèãàÿ êîíòðîëüíûå ñòåð-

æíè â àêòèâíóþ çîíó ðåàêòîðà ïîëíîñòüþ, ìîæíî îñòàíî-

âèòü ðåàêòîð äëÿ î÷åðåäíîé ïðîôèëàêòèêè èëè ïðè

âîçíèêíîâåíèè àâàðèéíîé ñèòóàöèè.

Êàê ìû òîëüêî ÷òî óáåäèëèñü, â êàæäîì ÿäåðíîì ðåàêòî-

ðå åñòü ÷åòûðå îñíîâíûõ êîìïîíåíòà: òîïëèâî, çàìåäëèòåëü,

îõëàäèòåëü è êîíòðîëüíûå ñòåðæíè. Âî ìíîãèõ òèïàõ ðåàê-

òîðîâ çàìåäëèòåëü è îõëàäèòåëü  îäíî è òî æå âåùåñòâî. Íà

ðèñ.23 ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíî, êàê ýòè êîìïîíåíòû ðàçìå-

ùàþòñÿ â ðåàêòîðå. Ïðåæäå âñåãî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî óðà-

íîâîå òîïëèâî èìååò ôîðìó äëèííûõ òîíêèõ ñòåðæíåé (ïðè-

ìåðíî 1 ñì (10

-2

ì) â äèàìåòðå) è ÷òî ýòè ñòåðæíè ðàçìåùå-

íû âïåðåìåæêó ñ çàìåäëèòåëåì. Ïîäîáíàÿ ãåîìåòðèÿ

èñïîëüçóåòñÿ ïî äâóì ïðè÷èíàì. Êîãäà ðåàêòîð ðàáîòàåò íà

ëþáîì ðàçóìíîì óðîâíå ìîùíîñòè, âíóòðè òîïëèâíûõ ñòåð-

æíåé âñëåäñòâèå äåëåíèÿ ÿäåð âûäåëÿåòñÿ îãðîìíîå êîëè-

÷åñòâî ýíåðãèè. Ñòåðæíè äåëàþòñÿ òîíêèìè, ÷òîáû èìåòü

âîçìîæíîñòü áûñòðî îòâîäèòü òåïëîòó îò íèõ îõëàäèòåëþ

(îáû÷íî âîäå). Åñëè áû ñòåðæíè áûëè èçëèøíå òîëñòûìè,

òåïëîòó íåëüçÿ áûëî áû îòâîäèòü äîñòàòî÷íî áûñòðî, è òåì-

ïåðàòóðà ñòåðæíåé ìîãëà áû âîçðàñòè, äîñòèãíóâ òî÷êè ïëàâ-

ëåíèÿ. Îäíîâðåìåííî òîíêîñòü ñòåðæíåé ïîçâîëÿåò íåéòðî-

íàì, âîçíèêàþùèì ïðè äåëåíèè, ïîïàäàòü â çàìåäëèòåëü, ãäå

îíè òåðÿþò ñâîþ ñêîðîñòü. Ïîñëå ýòîãî çàìåäëåííûå íåéò-

ðîíû âíîâü ïîïàäàþò â òîïëèâíûå ñòåðæíè, âûçûâàÿ íî-

âûå ðåàêöèè äåëåíèÿ. (Ìåæäó ïðî÷èì, çíà÷èòåëüíîå ðàññòî-

ÿíèå ìåæäó ñòåðæíÿìè îçíà÷àåò, ÷òî èç äåëÿùåãîñÿ âåùåñòâà

âûëåòàåò äîñòàòî÷íî ìíîãî íåéòðîíîâ, òàê ÷òî âçðûâ îêà-

çûâàåòñÿ íåâîçìîæíûì; ðåàêòîð íèêîãäà íå ñìîæåò âçîðâàòü-

ñÿ, êàê âçîðâàëàñü áû àòîìíàÿ áîìáà.) Â òèïè÷íîì ïðîìûø-

ëåííîì ýíåðãåòè÷åñêîì ðåàêòîðå èìååòñÿ ïðèìåðíî 40000

òîïëèâíûõ ñòåðæíåé, êàæäûé èç êîòîðûõ ñîäåðæèò ïðèáëè-

çèòåëüíî 2 êã îêñèäà óðàíà UO

. Ïîëåçíîå âðåìÿ ïðåáûâà-

íèÿ êàæäîãî òîïëèâíîãî ñòåðæíÿ â ðåàêòîðå ñîñòàâëÿåò ïðè-

ìåðíî òðè ãîäà, ïîñëå ÷åãî åãî ñëåäóåò ìåíÿòü.

140

Íàêîíåö îáñóäèì ñèñòåìó îõëàæäåíèÿ. Âîäà öèðêóëè-

ðóåò â çàìêíóòîé ñèñòåìå âíóòðè ðåàêòîðà, ïîäãîíÿåìàÿ íà-

ñîñàìè. Â ðåàêòîðàõ òàêîãî òèïà, ÷òî ïîêàçàí íà ðèñ.24, îõ-

ëàæäàþùàÿ âîäà èìååò âûñîêóþ òåìïåðàòóðó (îêîëî 325°Ñ)

è íàõîäèòñÿ ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì (ïðèìåðíî 1,5·10

Ïà).

Ðåàêòîðû ýòîãî òèïà íàçûâàþòñÿ âîäÿíûìè ðåàêòîðàìè

ïîä äàâëåíèåì. Êîãäà âîäà ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå ïðî-

õîäèò ÷åðåç ïàðîâîé êîòåë, òåïëîòà îò íåå ïåðåäàåòñÿ âîäå,

âõîäÿùåé âî âòîðóþ çàìêíóòóþ ñèñòåìó, â ðåçóëüòàòå ÷åãî

âîçíèêàåò ïàð. Ïîëó÷åííûé ïàð âðàùàåò òóðáèíó, ïðèâî-

äÿùóþ â äåéñòâèå ýëåêòðîãåíåðàòîð. Íà êîíå÷íîé ñòàäèè

ïîä âîçäåéñòâèåì îõëàæäàþùåé âîäû èç âíåøíåãî ðåçåð-

âóàðà ïàð êîíäåíñèðóåòñÿ.

Îñíîâíûå ýòàïû ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè íà

àòîìíîé ýëåêòðîñòàíöèè àíàëîãè÷íû òîìó, ÷òî ïðîèñõîäèò íà

îáû÷íîé òåïëîâîé ýëåêòðîñòàíöèè, ñæèãàþùåé íåôòü èëè

óãîëü. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ïîòðåáëÿåòñÿ òîïëèâî è ïðîèçâîäèòñÿ

òåïëîòà, êîòîðàÿ ïåðåäàåòñÿ îò âîäû ïàðó, è ïàð âðàùàåò ýëåê-

òðîãåíåðàòîð. ßäåðíûé ðåàêòîð  ýòî ïðîñòî óñòðîéñòâî äëÿ

ïðîèçâîäñòâà òåïëîòû.

Ðèñ. 23