Николай Горькавый – Первооткрыватели. 100 научных сказок (страница 43)
Чаще всего природный уран перед загрузкой в реактор обогащают, специальным образом отсеивая часть атомов 238-го изотопа.
– Теперь вы понимаете, почему содержание 235-го изотопа в природном уране так важно?
– Понимаем! – ответил за двоих Андрей. – Но мы не понимаем другое: почему ядро урана-235 можно разделить медленным нейтроном, а 238-го нельзя? И почему вероятность поделить ядро медленным нейтроном больше, чем быстрым?
– Чтобы ответить на эти вопросы, наша сказка должна растянуться как минимум на полгода, – улыбнулся профессор Хао. – В этом случае она будет называться «Курс ядерной физики».
– Но скажите хотя бы, откуда берутся нейтроны для деления ядер урана? Ведь Сверхновая поблизости не взрывается!
– Это просто. При делении каждого ядра урана вылетает два или три новых нейтрона, и их можно использовать для того, чтобы вызвать деление соседних ядер. То есть сами ядра урана при развале порождают нейтроны, которые используются для развала других ядер. Это называется цепной ядерной реакцией.
Профессор сделал вопросительную паузу, но новых детских вопросов не последовало.
Итак, согласно измерениям Бужигеса, процент урана-235 в исследованной им партии руды составлял не 0,720 %, а всего 0,717 %. Речь идёт о разнице в три тысячных процента! Но Бужигес оказался внимательным человеком, придавшим этой «недостаче» большое значение. Выходит, в давние времена кто-то в Африке жег урановое топливо в ядерных реакторах и израсходовал часть драгоценного 235-го изотопа.
Галатея и Андрей взволнованно переглянулись, и Хао довольно улыбнулся.
– Наверное, вы подумали про древних инопланетян?
В Африку снарядили экспедицию, которая обнаружила, что изменение изотопного состава в урановой жиле в Габоне вызвано работой древних ядерных реакторов, которые существовали почти 2 миллиарда лет назад и изменили изотопный состав урановой жилы.
Африканские атомные реакторы – их в Габоне открыли около двух десятков – оказались созданы не инопланетянами, а самой природой. Два миллиарда лет назад содержание в урановой жиле легкоделящегося урана-235 достигало 3 %. Кроме того, урановая жила в Габоне располагалась возле речки, а вода является естественным замедлителем нейтронов.
– Это что такое?
– Нейтроны, рождающиеся при делении ядер, быстрые. А делить ядра урана-235, как мы помним, лучше медленными. Поэтому, чтобы организовать цепную реакцию, родившиеся нейтроны нужно замедлить – уменьшить их скорость. Таким замедлителем в реакторах, созданных человеком или природой, может служить вода.
Когда-то на отмели африканской речки распад ядер урана в природной жиле рождал нейтроны, они уменьшали свою скорость, проходя через мокрый грунт, и делили другие ядра урана-235, вызывая новые распады. В результате урановая жила метровой толщины в течение получаса разогревалась до тепловой мощности в сотню киловатт…
– Это мощность сотни комнатных электрокаминов! – воскликнул Андрей.
– …пока грунтовые воды не закипали и не испарялись. При исчезновении замедлителя реактор угасал и остывал два с половиной часа. Потом вода снова проникала по трещинам в остывшую урановую жилу, и трёхчасовой цикл повторялся.
Примечательно, что японец Пол Курода, родившийся в Японии и ставший впоследствии профессором в американском университете Арканзаса, ещё в середине XX века предсказал возможность естественных атомных реакторов в далёком прошлом, когда уровень радиоактивности земных пород был гораздо выше нынешнего. Курода считал эту работу делом своей жизни и настойчиво изучал проблему, невзирая на насмешки коллег. Потребовалось два десятка лет, чтобы его предсказание подтвердилось, после чего он стал знаменитым.
Естественные атомные реакторы, предсказанные Куродой, возникали в небольших урановых жилах, где возможна цепная реакция деления урана. Но мы хорошо знаем о другом естественном реакторе: вся наша Земля представляет собой огромный атомный реактор, жар которого разогрел планету до расплавленного состояния, сохраняющегося до сих пор под тонким слоем твёрдой земной коры.
Вулканизм и тектоническая подвижность континентальных плит – внешние проявления атомного жара, который выделяется внутри планеты.
Вряд ли на Земле с холодными недрами была бы возможна жизнь.
Мы живем на поверхности земного атомного реактора, греемся в лучах солнечного термоядерного реактора и при этом панически боимся радиации и прогресса в ядерной физике.
Открытие естественного ядерного реактора, аналогичного искусственному по размерам и принципам функционирования, стало поучительным щелчком по самолюбию человека. Ведь многие учёные, включая Энрико Ферми, полагали, что атомный реактор является исключительным достижением человека разумного.
– Как долго работали африканские реакторы? – спросила Галатея.
– Сотни тысяч лет! – ответил Хао. – В смысле надёжности атомных реакторов людям тоже есть чему поучиться у природы.
Галатея представила себе африканскую речку, весело журчащую возле песчаной отмели. Вдруг раздался свист и шипение, и из песка начали бить струи горячего пара. Атомный реактор заработал! Фонтаны били долго, но постепенно угасли – реактор начал остывать… Пройдёт два с половиной часа, и фонтаны пара снова раздвинут песок и ударят в небо. Так продолжалось не годы и не века, а сотни тысяч лет!
– Какой молодец Бужигес, заметивший ничтожное отклонение в составе руды! – сказал Андрей.
Учёный сокрушённо покачал головой.
– Я всегда призываю молодых учёных к научной внимательности, которую продемонстрировал химик-аналитик Бужигес. Это значит – замечать и тщательно исследовать все необычные отклонения от существующих моделей или представлений. Не оставлять непонятное за спиной! Даже маленькое противоречие между теорией и экспериментом может стать истоком чего-то нового и важного. Чем досаднее несовпадение формул и реальности, тем больше здесь таится перспектив. Нужно не скрывать или заглаживать трудности нашего понимания, а всячески вскрывать и выпячивать их.
Если вам подсовывают теорию, которая что-то неплохо объясняет, но требует натяжек и подтасовок, не соглашайтесь на неё! Не покупайтесь на иллюзии!
Хао назидательно поднял палец.
– Это очень трудное правило! Измученный неудачами учёный может схватиться за любую теорию, хотя бы частично объясняющую экспериментальные загадки, над которыми он бился всю жизнь… А если полуживую теорию согласятся профинансировать? И если придут к тебе ученики с просьбой быть их учителем? Так трудно сказать всем, что этот успех – ещё не успех, а в лучшем случае – шаг в правильном направлении, что надо идти дальше и искать другую, подлинную и окончательную причину загадочного феномена. Порой у учёного нет сил расстаться со своей полудохлой, едва работающей теорией. Он её беспрерывно чинит, как старое авто, замазывает лаком проржавевшие крылья и говорит всем, что она вот-вот полетит, будто птица. А она всё не летит и не мчится, а новые данные делают в ней всё больше дыр, и жизнь учёного проходит не в поиске истины, а в лакировке лжи.
Хао повысил голос:
– Учёный должен быть бескомпромиссным максималистом или искать себе другую, не столь честную работу! Он должен останавливаться в поиске не когда получено финансирование, а когда найдена истина…
– Что-то не очень-то похожа твоя история на сказку… – прищурилась Дзинтара.
– Всё равно она очень интересная, а это главное! – заступилась Галатея за профессора.
Габон – страна на западе Центральной Африки, расположенная на побережье Атлантического океана.
Пол Курода (1917–2001) – химик, родившийся в Японии и эмигрировавший в США в 1949 году. В 1952 году стал ассистентом профессора в университете штата Арканзас, где и проработал до выхода на пенсию в 1987 году. Математически рассчитал работу природного атомного реактора и предсказал возможность существования таких реакторов в прошлом.
Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) – великий русский химик, открывший периодичность в химических свойствах элементов и разместивший их в виде таблицы (таблицы Менделеева).
Энрико Ферми (1901–1954) – знаменитый итало-американский физик. Лауреат Нобелевской премии (1939). Один из создателей первого атомного реактора.
Сказка о камнях, летающих по небу
Гроздья янтарных ягод заставляли лозу сгибаться до земли. Крестьяне, работавшие на полях вблизи французского городка Люсэ, спешили с уборкой урожая: в загорелых руках сверкали острые ножи, и корзины быстро наполнялись тугими виноградными кистями. Два подростка относили поскрипывающие от веса плетёнки на край поля. Сентябрьское солнце клонилось к закату, но времени до темноты ещё оставалось достаточно. Неожиданно в чистом голубом небе что-то ярко вспыхнуло, и возникло странное облако. Многие крестьяне бросили работу и выпрямились, разглядывая зловещий дым. Неспешно переговариваясь, они смотрели на облачко, загораживаясь от солнца козырьками из мозолистых ладоней. Вдруг грянул неожиданный гром, заставивший многих испуганно вскрикнуть. Те, кто внимательно следил за облаком, успели разглядеть тёмный предмет, мелькнувший на фоне синего неба и врезавшийся в землю недалеко от виноградника.
Подростки первыми бросились к месту падения небесного камня. Поколебавшись, за ними отправились и остальные.