Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Для того чтобы цепная реакция деления ядра урана в ядерном реакторе шла с соответствующей низкой скоростью, требуется постоянный поток нейтронов. Если их будет слишком много, реакция выйдет из-под контроля, а если слишком мало – она просто прекратится. В обычном ядерном реакторе происходит следующее: уран-235, или ²³⁵U на языке химиков, сталкивается с нейтроном, имеющим массовое число 1. Далее может произойти множество вещей, самая важная из которых расщепление ядра урана с образованием двух новых атомов, ⁹²

Kr и ¹⁴¹Ва. Как вы заметили, сумма массовых чисел этих двух атомов не равняется 235 + 1 = 236: не хватает трех атомных единиц массы. Это происходит потому, что во время реакции испускаются три новых нейтрона, каждый из которых может расщепить еще одно урановое ядро и выпустить еще три новых нейтрона. Это и есть основа знаменитой цепной реакции в атомной бомбе. Эта реакция может стать совершенно неуправляемой, если тщательным образом не контролировать количество свободных нейтронов в реакторе.

Во время работы над проектом атомной электростанции металлы анализировали на наличие многих свойств, одним из которых была их способность захватывать нейтроны; уровень и детальность этого анализа были беспрецедентными по сравнению со всеми инженерными проектами прошлого. Ученые обнаружили, что все природные изотопы циркония имеют очень маленькое сечение захвата тепловых нейтронов; это означает, что нейтрон, столкнувшийся с атомом циркония, просто оттолкнется от него и полетит к другому атому. А вот изотоп гафния ¹⁷⁸

Hf, представляющий собой каждый второй встречающийся в природе атом гафния, испытывает большую симпатию к этим элементарным частицам. ¹⁷⁸Hf легко поглощает нейтрон, в результате чего образуется ¹⁷⁹

Hf, тоже стабильный и встречающийся в природе изотоп. Самое малое количество гафния во внешнем слое топливных стержней быстро поглотит нейтроны, остановит цепную реакцию, и реактор встанет. Положительный аспект всего этого заключается в том, что гафний можно использовать в управляющих стержнях, которые опускаются между топливными стержнями реактора и эффективно останавливают процесс расщепления, поглощая все питающие его нейтроны.

Мы начали главу с обручального кольца в Габороне – городе, расположенном недалеко от пустыни Калахари в не имеющей выхода к морю Ботсване, а завершим ее рождественской историей из Северной Атлантики. Любопытное совпадение: гафний назван в честь датской столицы Копенгагена (Køpenhavn по-датски), и незадолго до Рождества в 1951 году легендарный (мы скоро поймем почему) датский капитан торгового судна Курт Карлсен покинул Гамбург на ходившем под американским флагом грузовом пароходе Flying Enterprise («Флаинг Энтерпрайз»), следовавшем в Нью-Йорк. Датчанином был не только капитан: судно принадлежало живущему в Нью-Йорке датчанину Хенрику Исбрандсену – необычному предпринимателю, связанному родственными узами со знаменитым семейством Мерск, чьи суда даже сегодня можно встретить во всех главных морских портах.

Все, кто прожил достаточно, чтобы помнить новостную повестку начала 1952 года, скорее всего, в курсе событий, развернувшихся сразу после Рождества 1951-го. На Северную Атлантику и северо-западную Европу обрушился один из самых страшных штормов, случавшихся в 50-е годы; блуждающая волна ударила выходивший из Ла-Манша пароход, и в центре корпуса образовалась трещина. Команда произвела временный ремонт, который выглядел вполне надежно, и капитан приказал двигаться дальше как можно быстрее, хотя некоторые члены экипажа испытывали по поводу этого решения смешанные чувства и предпочли бы, чтобы Карлсен направил судно в безопасную гавань. И действительно, через несколько часов на судно обрушилась вторая волна, в результате чего в третьем трюме сдвинулись автомобили «фольксваген», а возможно, то был чугун в болванках в трюме номер два. Судно получило крен 60°, от которого так и не оправилось[102].

Нас интересует другой трюм, в котором находился незадекларированный груз металлического циркония; однако внимание общественности привлекла спасательная операция. Вторая волна также уничтожила двигатели и вывела из строя рулевое управление, так что у Карлсена не оставалось иного выбора, кроме как приказать всем покинуть корабль. На деле это оказалось не так просто, так как спасательные шлюпки не функционировали из-за крена. К счастью, на сигнал бедствия откликнулись три других судна, среди которых был и транспортный корабль USS General A.W. Greely («Генерал А.В. Грили»), так что Карлсен велел команде и пассажирам прыгать в воду и плыть к приближающимся спасательным шлюпкам.