Потребляя большие количества фтористого урана, завод диффузионного разделения выдает два продукта — фтористый уран, содержащий почти чистый уран 235, и фтористый уран, сильно обогащенный ураном 238.
На металлургическом заводе из первого продукта выделяют уран 235 небольшими порциями, масса которых меньше критической. Из второго продукта выделяется уран, содержащий около 99,7% урана 238. Первый продукт является весьма ценным ядерным горючим. Второй же продукт в течение ряда лет считался отходом и почти не находил применения.
Сравнительно недавно найден был способ использовать этот продукт для изготовления трехфазных урановых бомб. Кроме того, уран 238 может быть использован в атомных реакторах, воспроизводящих ядерное горючее.
Завод диффузионного разделения изотопов урана — огромное предприятие, оснащенное передовой техникой и полностью автоматизированное. Такой завод потребляет большое количество электроэнергии, так что обслуживающая его электростанция должна иметь мощность порядка 1 млн. квт. В атомной промышленности часто пользуются не природным ураном, а обогащенным, содержащим повышенный процент урана 235.
На диффузионном заводе обогащенный уран можно получать, если значительно уменьшить число ступеней обогащения. Ясно, что постройка и эксплуатация такого завода должна стоить значительно дешевле, чем постройка и эксплуатация завода, на котором получается чистый изотоп урана 235.
Плутоний — химический элемент, который в земной коре содержится в совершенно ничтожном количестве. Он получается искусственно в результате облучения урана нейтронами. Быстрые нейтроны, попадая в ядра урана 238, вызывают его деление, а медленные нейтроны поглощаются ядрами урана 238, причем получается новый изотоп урана — уран 239 — по реакции
Избыток энергии выделяется при этом в виде гамма-излучения. Изотоп U239 радиоактивен. Он распадается, испуская бета-частицы, период его полураспада равен 23,5 минуты. Распад U239 происходит по уравнению
Образовавшийся элемент № 93 получил название нептуний. Изотоп нептуния Np239 также радиоактивен. Его период полураспада равен 2,3 дня. Распадаясь, он выбрасывает бета-частицу по уравнению
В результате бета-распада нептуния образуется изотоп нового элемента — плутония.
Искусственно получаемый изотоп плутония 94Pu239 приобрел огромное значение в атомной технике. Объясняется это тем обстоятельством, что он является прекрасным ядерным горючим, может производиться в достаточно больших количествах из доступного сырья и хотя является неустойчивым, но распадается с испусканием альфа-частиц очень медленно: его период полураспада равен 24 000 лет.
Для производства плутония необходимо каким-нибудь способом получать медленные нейтроны и бомбардировать ими уран 238. Такие процессы осуществляются в ядерных реакторах. Часть образующихся при этом нейтронов замедляется специальным замедлителем и поглощается ураном 238. Получающийся уран 239 распадается с образованием нептуния 239, а последний в свою очередь, распадаясь, превращается в плутоний 239. Так как в качестве основного исходного продукта в большинстве работающих в настоящее время ядерных реакторов применяется уран, то эти установки называются урановыми реакторами (или котлами).
Схема ядерного реактора приведена на рис. 20. Центральная часть реактора, его активная зона, состоит из графитового замедлителя — кирпичей 1, в которых имеются каналы. В эти каналы вставляются тепловыделяющие элементы 2, представляющие собой стержни или пластины, изготовленные из обогащенного урана. Блоки урана имеют небольшие размеры, так что быстрые нейтроны, образующиеся при делении урана 235, вылетают из тепловыделяющих элементов наружу и попадают в графит.
