Существует несколько типов ядерных реакторов; все они еще проходят экспериментальную проверку, и многие, без сомнения, будут пущены в ближайшие несколько лет. Некоторые реакторы работают на обогащенном топливе, где к естественному урану добавлено небольшое количество очищенного урана-235. Другим интересным видом реактора является гомогенный реактор, где ядерное топливо находится в виде раствора, из которого непрерывно удаляются продукты деления.
Но самым многообещающим реактором из всех является реактор-размножитель, способный воспроизводить больше ядерного топлива, чем потреблять.
Реактор-размножитель — это одно из современных чудес. Существует пословица: один пирог два раза не съешь. Тут вы можете не только два раза съесть один и тот же пирог, а напротив — чем больше вы съедаете пирога, тем больше его у вас остается.
В размножителе использовано то обстоятельство, что в результате деления одного ядра в среднем образуется 2,5 нейтрона. Так как для поддержания цепной реакции, т. е. для расщепления других атомов, нужен всего один нейтрон, то остается 1,5 нейтрона для превращения урана-238 в плутоний.
Таким образом, по мере использования каждого атома урана-235 в качестве топлива при идеальных условиях возникает полтора атома плутония (здесь 1,5 — коэффициент воспроизводства *).
* Коэффициент воспроизводства — это отношение числа атомов вторичного ядерного топлива к числу атомов израсходованного первичного топлива урана-235. В реакторах-размножителях он может быть больше единицы.— Прим. ред.
Делая скидку на потери, давайте предположим, что коэффициент воспроизводства равен 1,1. Это означает, что каждый килограмм урана-235, сгоревший как топливо, заменится 1,1 килограмма плутония. Следовательно, когда первоначальные 6,3 килограмма урана-235, содержащиеся в тонне природного урана, сгорят, выделив тепло, эквивалентное 21 000 тонн высокосортного угля, 6,9 килограмма делящегося урана-238 превратятся в такое же количество делящегося плутония.
Этот процесс будет продолжаться, пока вся тонна естественного урана не превратится в плутоний.
Другими словами, взяв тонну природного урана, содержащего лишь 6,3 килограмма урана-235, мы получим в результате процесса размножения целую тонну расщепляющегося материала, равного по тепловому эквиваленту 3 000 000 тонн высокосортного угля.
ГЛАВА 39
Атомный реактор будущего
Весной 1954 г. Комиссия по атомной энергии Соединенных Штатов Америки объявила о создании нового типа ядерного реактора для производства энергии в промышленных целях.
Эксперты оценивали новый реактор как реактор будущего, открывающий новые горизонты для получения дешевой атомной энергии в огромных масштабах. Вместо урана в качестве топлива в нем используется торий.
Взяв небольшое количество урана-235 — единственного ядерного топлива, существующего в природе,— в качестве инициатора реакции, можно осуществить превращение тория в уран-233 — гораздо более эффективное ядерное топливо, чем плутоний или уран-235.
Торий гораздо более распространен, чем уран. Его природные запасы в четыре раза превышают содержание урана в природе. Он содержится в монацитовых песках, огромные запасы которых имеются в Бразилии, Индии, Индонезии, Малайе и Цейлоне. В Америке торий находится на пляжах Флориды, в Северной и Южной Каролине, в Айдахо и многих других штатах, хотя обычно его месторождения разрознены и содержание тория в них невысокое.
Более того, имеются данные о том, что в континентальных пластах породы, кроме нефти, содержится пять минералов, в том числе монацит. Это подтверждается наличием этих минералов в песках около Джексонвилла (штат Флорида) и на побережье Мексиканского залива (штаты Техас и Луизиана).
В течение некоторого времени полагали, что торий может быть превращен в делящийся уран-233. Однако до сообщения Комиссии по атомной энергии никто не предполагал, что реактор с ураном-233, полученным из тория, может при использовании медленных нейтронов произвести больше ядерного топлива, чем израсходовать.