100 великих научных открытий

Дебютное испытание установки состоялось в начале декабря 1942 г. и длилось чуть менее получаса (все это время наверху дежурили специально нанятые люди, готовые в любую минуту вылить внутрь литры раствора кадмиевой соли). Ученые вытащили все стержни, кроме одного, а тот, последний, изымали медленно, попутно измеряя число образующихся нейтронов. Когда в установке оставалось каких-то полметра стержня, скорость реакции резко возросла, стремясь к бесконечности. Поскольку ни о какой защите от радиации речи тогда не шло, исследователи спешно вернули все страховочные прутья на место. А затем отправились праздновать успешное проведение первой в истории управляемой цепной атомной реакции.

Позже ученые заметили, что при поглощении нейтронов ураном-238 образуется плутоний-239, который тоже можно использовать для цепной реакции. На основе данного наблюдения были сконструированы первые промышленные атомные реакторы и небольшие установки для производства энергии на субмаринах, а в 1951 г. атомная станция американского штата Айдахо зажгла четыре лампочки. Но это были еще не те масштабы, которые позволили бы обеспечить дешевой энергией всю планету. Как сделать, чтобы топливо в зоне реакции сгорало при более высоких температурах и давлении? И чтобы материалы выдерживали такие нагрузки без повреждений?

Учитывая эти проблемы, советские ученые в 1950 г. начали сооружение экспериментальной установки «Атом мирный». Для конспирации уран в документах шифровался названием «активный полимер», нейтроны выступали «нулевыми точками», уран-графитовый реактор именовался «оловянно-керамическим кристаллизатором».

Основой для ядерного реактора была выбрана… видавшая виды турбина мощностью всего 6 МВт. При таких исходных данных мощность установки могла составить не более 30 МВт. Роль теплоносителя досталась горячей воде, на которую предполагалось оказывать давление 100 атм. Расчеты показали: если охладительная система повредится и вода попадет на конструкцию из урана и графита, скорость деления ядер резко возрастет, а это очень опасно. Однако полное прекращение подачи воды остановит реакцию. (Кстати, по такому же принципу «работает» естественный атомный реактор в урановом руднике Габона.)

В качестве ядерного горючего взяли 546 кг урана, содержавшего 5 % обогащенного урана-235. Это топливо надлежало поместить в тепловыделяющие элементы (твэлы), для изготовления которых поначалу пытались использовать сталь и сплавы с молибденом. Увы, данные вещества оказались слишком недолговечными, а вот уран-молибденовый сплав в матрице из магния выдерживал мощнейшие потоки тепла.

Запуск электростанции состоялся в конце июня 1954 г., о чем сразу же сообщило информационное агентство ТАСС. Затем исследователи еще не один месяц дорабатывали установку, пытаясь предотвратить разные аварийные ситуации вроде попадания кислорода внутрь реактора. Впрочем, последующие полвека первая АЭС не только успешно вырабатывала энергию, но и предоставляла ученым поле для экспериментов. Остановили ее лишь в 2002 году.

Современные ядерные реакторы обеспечивают электричеством 10 млн мощных ламп, расходуя в год всего 1 кг горючего, которым по-прежнему служит уран. Подобно первой АЭС, нынешние станции состоят из твэлов и зоны реакции, в них также используются замедлители и теплоносители. Правда, в роли замедлителей теперь выступают разные вещества, твэлы на каждой станции имеют свою конструкцию, да и уран обогащается в разной степени. В Канаде научились использовать и вовсе необогащенное горючее, а еще были созданы установки, которым не требуется замедлитель: реакции в них протекают при участии плутония и быстрых нейтронов.

Конечно, производить атомную энергию очень сложно и опасно, ведь аварии на АЭС влекут ужасные последствия не только для людей, но и для целой планеты. Хотя, если все источники энергии на Земле иссякнут и мы не найдем им замены, ядерная энергетика окажется для нас безальтернативным вариантом.

Тепловые свойства сверхвысокочастотных волн

Электромагнитные волны высокой частоты нашли свое применение в нашей повседневной жизни совершенно случайно — в процессе изобретения приборов для военных нужд.

Накануне Второй мировой американские военные заказали фирме Raytheon конструирование и сборку радаров, необходимых для обнаружения врага издалека. Над этим проектом работал большой коллектив исследователей и инженеров, среди которых был любитель-непрофессионал Перси Спенсер. За несколько лет до того ученые уже пытались разогревать пищу с помощью электромагнитных колебаний частотой 60 МГц, но эта частота была слишком низкой: чтобы волны соответствующей длины оказали на продукт хоть какое-то термическое воздействие, потребовалось бы соорудить огромную установку. (Для сравнения: частота волн современных печей составляет 2,4 ГГц!)