Вы наверняка знаете, что такое атомная бомба, верно? Потому что это самая мощная угроза, которую человечество создало само для себя. Но если Вы не специалист, то вряд ли знаете, как работает ядерное оружие. Ведь чтобы это понимать, нужно иметь соответствующие знания.
Хотя на самом деле там нет ничего сложного. Попробую в общих чертах объяснить, с чем это едят. Вы слышали такой термин – «расщепление атома»? Открытие этого явления стало большим научным прорывом. Теоретически оно было предсказано в 1938 году сразу несколькими учеными. И экспериментально подтверждено в 1939 году английским физиком-ядерщиком Отто Фришем. А затем, в 1945 году, его реализовали в реальности. В качестве оружия, созданного в рамках работ под названием Манхэттенский проект. И это оружие в том же году испытали военные самого демократического государства на Земле. На людях. Эта трагедия навсегда изменила мир. И уменьшила шансы на выживание нашей кровожадной цивилизации.
Ядерное деление
Итак, что же происходит, когда расщепляется атом? Фактически – происходит разрушение ядра атома. Отсюда и термин – ядерный. Результатом этого процесса является высвобождение огромного количества энергии. Что, конечно, очень удобно, если Ваша цель – смерть и разрушение.
Когда мы говорим о «расщеплении атома», мы не говорим о том, что надо взять очень маленький нож и разрезать атом на две части. В реальности происходит следующее: атом, например, урана-235, сталкивается с крошечной частицей, называемой нейтроном. Точно так же, как это происходит в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер. Это столкновение вызывает кратковременное превращение урана-235 в уран-236 (немного более тяжелый элемент). Возбуждение частиц, вызванное столкновением, вызывает расщепление атома. При этом высвобождаются свободные нейтроны, которые он содержит. Эти нейтроны разлетаются из ядра с чрезвычайно высокими энергиями. И бомбардируют следующие ядра. Которые тоже распадаются и тоже испускают быстрые нейтроны. Так происходит цепная ядерная реакция.
Итак, как и говорилось выше, этот процесс относительно просто понять. Однако создание работающей ядерной бомбы – процесс очень сложный. Для этого требуется множество технических знаний, оборудования, ресурсов, денег и технологий.
Ядерный реактор
А еще сложнее сделать устройство, где реакция деления будет управляемой. И не приведет к взрыву. Такое устройство называется ядерный реактор. В основе принципа его работы лежит тот же процесс, что происходит и при взрыве ядерной бомбы. Разница только в том, что кинетическая энергия продуктов деления в бомбе выбрасывается при взрыве непосредственно в окружающую среду, разрушая все, что находится поблизости, а в реакторе эта энергия преобразуется в тепловую. Так происходит, когда частицы сталкиваются с атомами специально созданного материала реактора, которые замедляют реакцию деления, и нагревают его рабочее тело (обычно это вода). Эта тепловая энергия затем используется для вращения паровых турбин. Которые производят электроэнергию.
Ядерный реактор – штука очень надежная. И практически никогда не взрывается. Но, как и в случае с бомбами, для запуска цепной реакции требуется ввод энергии извне. Вы можете спросить, почему же в природе не встречаются подобные процессы? На самом деле – это не так!
Здесь, на Земле, когда-то очень и очень давно сама природа создала ничто иное, как самый настоящий ядерный реактор!
Реактор Окло
Африканский континент до сих пор хранит многие из своих секретов. И один из них находится в местечке Окло, Габон. Когда-то здесь находилось одно из самых богатых месторождений урана на Земле. В основном этот уран использовался для атомных электростанций Европы. Франция эксплуатировала несколько шахт в этом регионе в течение нескольких десятилетий. Но, в конечном итоге, запасы урана были исчерпаны. Но еще в 1972 году было обнаружено, что в некоторых образцах урановой руды есть что-то странное.
Впервые эту странность обнаружил французский физик Фрэнсис Перрен. При сравнении образцов урана-235, добытых в разных местах, были выявлены явные расхождения в их составах. Урановая руда, как и любая другая руда, обнаруживается в разных местах по всему миру. И у каждой руды есть свои особенности, которые можно использовать для отслеживания ее происхождения. Обычно в руде Окло содержание урана-235 составляло 0,7202%. Однако было обнаружено, что в некоторых образцах концентрация составляет всего 0,600%. И это довольно значительная разница. Было похоже на то, что этот уран уже побывал внутри реактора. Поскольку он был истощен точно так же, как если бы уже был использован.
В ходе дальнейших исследований было установлено, что уран месторождений в Окло подвергался самопроизвольному делению внутри естественного реактора. Это происходило примерно 1,7 миллиарда лет назад. И для этого потребовались особые условия. Оказывается, что отношение 235 U к 238 U случайно оказалось почти таким же, которое использует современный ядерный реактор! И все, что было необходимо, – это введение в зону реакции грунтовых вод в качестве замедлителя нейтронов. И вуаля! Природный реактор готов!
Полный цикл
Реакторы Окло – единственные естественные образования подобного характера, которые когда-либо существовали на Земле. Но за прошедшие годы ученые узнали об их природе и характеристиках достаточно много. Путем изучения продуктов распада, таких как количество ксенона в окружающем материале, было определено, что каждый реактор работал примерно так – это был цикл деления длительностью тридцать минут, за которым следовали два часа тридцать минут охлаждения. И продолжались такие процессы непрерывно на протяжении нескольких сотен тысяч лет…
Итак, теперь вы знаете, как работает ядерная бомба. И что ядерная физика, со всей своей сложной математикой и запутанной терминологией, на самом деле довольно проста😊. И что Мать-Природа может делать все что угодно без участия людей…