Если вы думаете, что золото с платиной являются самыми ценными металлами на планете, то вы ошибаетесь. По сравнению с некоторыми искусственно полученными металлами, золото сравнимо со ржавчиной на старом куске кровельного железа. Вы можете представить себе цену в 27 000 000 долларов США за один грамм вещества?
Именно столько стоит радиоактивный элемент калифорний-252. Дороже только антиматерия, которая является самой дорогой субстанцией в мире (около 60 триллионов долларов за грамм антиводорода).На сегодняшний день в мире накоплено всего 8 грамм калифорния-252, а ежегодно производится не более 40 миллиграмм. И на планете есть только 2 места, где его регулярно производят: в Окриджской национальной лаборатории в США и ... в Димитровграде, в Ульяновской области.
Хотите узнать, как появляется на свет почти самый дорогой материал в мире и для чего он нужен?
Димитровград
В 80 километрах от Ульяновска, на реке Черемшан, находится город Димитровград с населением около 100 000 человек. Его главное предприятие — Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР), который был создан в 1956 году по инициативе Курчатова. Изначально он был опытной станцией для испытаний ядерных реакторов, но в настоящее время спектр направлений деятельности значительно расширился. Сейчас в НИИАР испытывают различные материалы, чтобы определить, как они себя ведут в условиях продолжительного радиоактивного излучения, создают радионуклидные источники и препараты, которые применяют в медицине и исследованиях, решают технические вопросы экологически чистых технологий и просто ведут научную деятельность. В НИИАР работает около 3500 сотрудников и существует 6 реакторов.
Светят, но не греют
Ни один из шести «нииаровских» реакторов не используется как источник энергии и не отапливает город — тут вы не увидите гигантских установок на тысячи МВт. Главная задача этих «малышей» — создать максимальный по плотности поток нейтронов, которыми ученые института и бомбардируют различные мишени, создавая то, чего нет в природе. Реакторы НИИАР работают по схеме «10/10» — десять дней работы и 10 дней отдыха, профилактики и перегрузки топлива. При таком режиме просто невозможно использовать их для нагрева воды. Да и максимальная температура теплоносителя, получаемая на выходе, составляет всего 98°С, воду быстро охлаждают в небольших градирнях и пускают по кругу.
Самый Мощный
Из 6 реакторов есть один, самый любимый учеными НИИАР. Он же и самый первый. Он же и Самый Мощный, что и дало ему имя — СМ. В 1961 году это был СМ-1 мощностью в 50 МВт, в 1965 году, после модернизации, он стал СМ-2, в 1992 — СМ-3, эксплуатация которого рассчитана до 2017 года. Это уникальный реактор и в мире он один такой. Его уникальность заключается в очень высокой плотности потока нейтронов, который он способен создавать. Именно нейтроны и являются основной продукцией НИИАР. С помощью нейтронов можно решать много задач по исследованию материалов и созданию полезных изотопов. И даже воплощать в жизнь мечту средневековых алхимиков — превращать свинец в золото (теоретически).
Если не вдаваться в подробности, то процесс очень прост — берется одно вещество и обстреливается со всех сторон нейтронами. Так, к примеру, из урана путем дробления его ядер нейтронами можно получить более легкие элементы: йод, стронций, молибден, ксенон и другие.
Ввод реактора СМ-1 в эксплуатацию и его успешная работа вызвали большой резонанс в научном мире, стимулировав, в частности, сооружение в США высокопоточных реакторов с жестким спектром нейтронов — HFBR (1964 год) и HFIR (1967 год). В НИИАР неоднократно приезжали светила ядерной физики, включая отца ядерной химии Гленна Сиборга, и перенимали опыт. Но все же такой же по элегантности и простоте реактор так никто больше и не создал.
Реактор СМ до гениальности прост. Его активная зона — это почти кубик в 42 x 42 x 35 см. Но выделяемая мощность этого кубика — 100 МВт! Вокруг активной зоны в специальных каналах устанавливают трубки с различными веществами, которые необходимо обстрелять нейтронами.
К примеру, совсем недавно из реактора вытащили колбу с иридием, из которого получили нужный изотоп. Теперь она висит и остывает.
После этого маленькую емкость с теперь уже радиоактивным иридием погрузят в специальный защитный свинцовый контейнер весом в несколько тонн и отправят на автомобиле заказчику.
Отработанное топливо (всего несколько грамм) потом тоже остудят, законсервируют в свинцовую бочку и отправят в радиоактивное хранилище на территории института на длительное хранение.
Голубой бассейн
В этом зале не один реактор. Рядом с СМ находится и другой — РБТ — реактор бассейнового типа, который работает с ним в паре. Дело в том, что в реакторе СМ топливо «выгорает» всего наполовину. Поэтому его нужно «дожечь» в РБТ.
Вообще, РБТ — удивительный реактор, внутрь которого можно даже заглянуть (нам, правда, не дали). Он не имеет привычного толстого стального и бетонного корпуса, а для защиты от радиации он просто помещен в огромный бассейн с водой (отсюда и название). Толща воды удерживает активные частицы, тормозя их. При этом частицы, движущиеся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде, вызывают знакомое многим по фильмам голубоватое свечение. Этот эффект носит название по именам ученых, которые его описали — Вавилова – Черенкова.
(Фото не имеет отношения к реактору РБТ или НИИАР, а лишь демонстрирует эффект Вавилова-Черенкова).
Запах грозы
Запах реакторного зала не спутать ни с чем. Здесь сильно пахнет озоном, как после грозы. Воздух ионизируется при перегрузке, когда отработавшие сборки достают и перемещают в бассейн для охлаждения. Молекула кислорода О2 превращается в О3. Кстати, озон пахнет совсем не свежестью, а больше похож на хлор и такой же едкий. При высокой концентрации озона вы будете чихать и кашлять, а потом умрете. Он отнесен к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ.
Радиационный фон в зале в этот момент повышается, но и людей здесь нет — все автоматизировано, и оператор наблюдает за процессом через специальное окно. Однако даже после этого к перилам в зале без перчаток прикасаться не стоит — можно подхватить радиоактивную грязь.
Мойте руки, перед и зад
Но уйти домой с ней вам не дадут — на выходе из «грязной зоны» всех обязательно проверяют детектором бета-излучения, и в случае обнаружения вы вместе со своей одеждой отправитесь в реактор в качестве топлива. Шутка :)
Но руки в любом случае нужно мыть с мылом после посещения любых подобных зон.
Сменить пол
Коридоры и лестницы в реакторном корпусе застелены специальным толстым линолеумом, края которого загнуты на стены. Это нужно для того, чтобы в случае радиоактивного загрязнения можно было бы не утилизировать все здание целиком, а просто скатать линолеум и постелить новый. Чистота тут почти как в операционной, ведь наибольшую опасность представляет пыль и грязь, которые могут попасть на одежду, кожу и внутрь организма — альфа и бета-частицы не могут улететь далеко, но при ближнем воздействии они как пушечные ядра, и живым клеткам точно не поздоровится.
Пульт с красной кнопкой
Зал управления реактором.
Сам пульт производит впечатление глубоко устаревшего, но зачем менять то, что спроектировано на долгие годы работы? Важнее всего то, что за щитами, а там все новое. Все же многие датчики были переведены с самописцев на электронные табло, и даже программные системы, которые, кстати, в НИИАР и разрабатываются.
Каждый реактор имеет множество независимых степеней защиты, поэтому «фукусимы» тут не может быть в принципе. А что касается «чернобыля» — не те мощности, тут работают «карманные» реакторы. Наибольшую опасность представляют выбросы некоторых легких изотопов в атмосферу, но и этому не дадут случиться, как нас уверяют.
Физики-ядерщики
Физики института — фанаты своего дела и могут часами интересно рассказывать о своей работе и реакторах. Отведенного на вопросы часа не хватило, и беседа растянулась на два нескучных часа. По-моему, нет такого человека, которому не была бы интересна ядерная физика :) А директору отделения «Реакторный исследовательский комплекс» Петелину Алексею Леонидовичу с главным инженером впору вести научно-популярные передачи на тему устройства ядерных реакторов :)
Если за пределами НИИАР вы будете заправлять штаны в носки, то, скорее всего, вас кто-то сфотографирует и выложит в сеть, чтобы посмеяться. Однако здесь это необходимость. Попробуйте сами догадаться, почему.
Welcome to the hotel Californium
Теперь о калифорнии-252 и зачем он нужен. Я уже рассказывал о высокопоточном нейтронном реакторе СМ и его пользе. Теперь представьте, что та энергия, которую вырабатывает целый реактор СМ, может дать всего лишь один грамм (!) калифорния.
Калифорний-252 — мощный источник нейтронов, что позволяет использовать его для обработки злокачественных опухолей, где другая лучевая терапия бездейственна. Уникальный металл позволяет просвечивать части реакторов, детали самолетов и обнаруживать повреждения, которые обычно тщательно скрываются от рентгеновских лучей. С его помощью удается находить запасы золота, серебра и месторождения нефти в недрах земли. Потребность в нем в мире очень велика, и заказчики порою вынуждены стоять годами в очереди за вожделенным микрограммом калифорния! А все потому, что производство этого металла занимает.... годы. Для производства одного грамма калифорния-252 плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, в течение 8 и 1.5 лет соответственно, последовательными превращениями проходя практически всю линейку трансурановых элементов таблицы Менделеева. На этом процесс не заканчивается — из получившихся продуктов облучения химическим путем долгими месяцами выделяют сам калифорний. Это очень и очень кропотливая работа, которая не прощает спешки. Микрограммы металла собирают буквально по атомам. Этим и объясняется такая высокая цена.
Кстати, критическая масса металлического калифорния-252 составляет всего 5 кг (для металлического шара), а в виде водных растворов солей — 10 грамм (!), что позволяет его использовать в миниатюрных ядерных бомбах. Однако, как я уже писал, в мире пока есть только 8 грамм, и использовать его в качестве бомбы было бы очень расточительно :) Да и вот беда, через 2 года от существующего калифорния остается ровно половина, а через 4 года он и вовсе превращается в труху из других более стабильных веществ.
Свежие комментарии