И вот если два-три таких нейтрона при определённых обстоятельствах, о которых речь будет ниже, тоже породят реакции типа (1), тогда и получается цепная реакция деления (в данном случае — урана). Особо подчеркнём, что один тепловой нейтрон высвобождает в результате элементарного акта, т. е. процесса (1), энергию в сотни млн. раз большую!
Замечание 12. Это явление было открыто О. Ганом и Ф. Штрассманом, чуть позже объяснено О. Фришем и Л. Мейтнер, а затем полностью разъяснено теоретически на базе «капельной модели» ядра Н. Бором (в 1939 г.). А через год оно было подтверждено экспериментом, который показал, что ядра-осколки А1 и А2 являются изотопами элементов бария (№ 56 в М-таблице)137Ва и радиоактивного криптона (№ 36 в М-таблице) 84Кг соответственно.
Но и в СССР спонтанное деление урана независимо в том же 1940 г. обнаружили советские физики Г.Н. Флёров и К.А. Петржак.
В действительности оказалось, что при делении ядер урана большинство нейтронов вылетают из них сразу (это быстрые нейтроны, имеющие энергии порядка 1-15 МэВ), но есть и меньшая доля их, обычно меньше, чем 1–1,5 % (обозначаемая как Ь), нейтронов запаздывающих — вылетающих из осколков ядра некоторое время спустя — от долей секунды до минут ([9]), имеющих энергии до 0,1 эВ, и потому называемых также тепловыми (или медленными).
В большинстве работающих ныне ЯР используются нейтроны второго типа, и чтобы «включить в игру» часть быстрых нейтронов, используется замедлитель, т. е. вещество, способное «притормозить» их, превращая в тепловые, которые затем более эффективно поглощаются другими ядрами 235 U, вызывая их деление.
А ЯР является тем устройством, которое способно использовать энергию, выделяющуюся в реакциях типа (1), для нагрева теплоносителя, который применяют затем для выработки электроэнергии через турбогенератор (сокр. ТГ) [8]. Для реактора РБМК топливом служил слабо обогащённый (от 1,8 до 2 % — по 235 U) природный уран (впрочем, для корабельных ЯР необходимо обогащение топлива до более чем 20 % — по 235 U).
Отметим, что наиболее эффективным замедлителем в ЯР является «тяжёлая» вода D2O, но можно использовать и простую («лёгкую») воду Н20. Однако в случае ЯР типа РБМК для этого использован особо чистый графит, почему они и называются уран-графитовыми (кипящими) реакторами. А в общем-то при работе ЯР образуются около двухсот изотопов в качестве продуктов деления, но только часть их — как осколки в процессе (1), остальные же — как продукты распада других изотопов [9]. Та же реакция (1) используется при создании оружия, хотя для этого необходимо повысить содержание 235U до более 90 %, и разрушающее действие атомной бомбы обусловлено колоссальным выделением энергии. Но взрыв получается лишь тогда, когда лёгкий уран сплотится в единое компактное тело критической массы (которая для него составляет около 50 кг)!
ЯР же использует энергию деления 235U«постепенно» — для нагревания теплоносителя, поэтому И.В. Курчатов называл его «тлеющей атомной бомбой»; другое название — «атомный котёл», что тоже понятно, почему… Но кроме лёгкого урана, в ЯР присутствует гораздо больше изотопа 238U. А с последним ситуация несколько иная: попадание нейтрона (притом быстрого — с энергией ~15 Мэв) в ядро урана-238, хотя и не расщепляет его, однако тоже приводит к ядерным трансмутациям, которые можно изобразить следующей цепочкой:
238U + п ® 239U® 239Np ® 239Ри. (2)
Из неё видно, что в этом процессе появляется новый элемент — нептуний (с номером 93 в М-таблице) 239Np, который тоже нестабилен, имея период полураспада всего в 56 часов, после чего появляется ещё один новый элемент (№ 94 в М-таблице), названный плутонием Ри. Также выделяется определённая порция энергии, хотя и меньшая, чем в (1), но об этом скажем позже.
Замечание 13. Вышеуказанные две реакции являются главными для понимания нашей темы, и тут стоит отметить отличие физики микрообъектов от обычной классической физики. Если в рамках последней нейтрон (и протон) представлять в виде маленького твёрдого шарика, а атомное ядро — в виде большого шара, «склеенного» из таких шариков, то ясно, что попадание медленно двигающегося (низкоэнергетиче-ского) шарика в большой (состоящий из 235 таковых) произведёт незначительный эффект. А попадание быстрого (высокоэнергетического) шарика даже в больший (из 238) вполне может разбить его (т. е. ядро) вдребезги. В физике же микромира, как видим, эффект совершенно обратный — в этом-то и проявляется её специфика…