Клаус Гофман
МОЖНО ЛИ СДЕЛАТЬ ЗОЛОТО?
Глава 7.
ИССЛЕДОВАНИЯ И ОТВЕТСТВЕННОСТЬ - СЕГОДНЯ И В БУДУЩЕМ
Проблемы производства трансуранов
Из числа трансуранов особый интерес представляют
плутоний, америций, кюрий и калифорний. Как же обстоит дело с их получением?
Настолько ли доступны эти искусственные элементы, чтобы можно было
рекомендовать их использование?
Когда в 1966 году американское космическое ведомство
запустило лунный зонд "Сарвейор", имевший
на своем борту атомную энергетическую установку с 7,5 г кюрия, то
лишь посвященные знали, как трудно было получить такое количество кюрия.
Пришлось в течение четырех месяцев в мощном реакторе бомбардировать нейтронами
77 гамериция-241 стоимостью в 20 000
долларов, а затем перерабатывать полученные продукты.
Еще более дорогостоящими оказались опыты американцев
по получению транскюриевых
элементов, прежде всего желанного калифорния-252. Для
его ступенчатого синтеза надо, чтобы каждый атом плутония, полученный в
реакторе, захватил суммарно 13 нейтронов. Однако при этом образуется множество
других делящихся нуклидов, так что максимальный выход калифорния-252 составляет
0,05%. Следовательно, из 1 кг плутония после многолетнего облучения в мощном
реакторе можно получить в лучшем случае 0,5 г калифорния-252. Однако для
поддержания мощности такого специального реактора требуется ежемесячно менять
дорогостоящие стержни из урана-235. Этим объясняется колоссальная цена на 1 г
калифорния: 10 миллионов долларов.
В 1972 году США располагали этим одним граммом. Для
того, чтобы его можно было перевозить, потребовался
специальный резервуар. Такая "упаковка" выглядела необычно: диаметр
ее около 3 м, высота 4 м и масса 50 т. Вот в таком "бронированном
сейфе" с многослойными стенками из парафина, свинца, бетона и стали и
хранится сокровище из калифорния стоимостью в 10 миллионов долларов. Однако все
это устройство - не для защиты от воров, а для защиты от радиации. Без такой
"упаковки" этот грамм калифорния стал бы смертельно опасным из-за испускания
нейтронов и вызвал бы повсюду радиоактивность, индуцированную нейтронами.
Из обзора за 1971 год следует, что с июля 1969 года по
июль 1971 года в обоих мощных реакторах - в Ок-Ридже
и Брукхэвене (США) - получены следующие количества
трансуранов: 50 г кюрия-244; 54 мг калифорния-252; 0,4 мг эйнштейния-253; 5 . 108
атомов фермия-257 (невесомое количество).
Неудивительно, что при таких скудных выходах ведутся
поиски других методов производства трансуранов - более быстрых, дешевых,
выдающих продукт в больших количествах. Американцы, искони обладающие понятием
"большого бизнеса", создали грандиозный план: ожидать 5 или 10
лет получения 1 г калифорния они не в состоянии; они хотели одним махом
получить 10 г... с помощью взрыва атомной бомбы!
После некоторых предварительных опытов в июле 1969
года американцы решились на грандиозный эксперимент, получивший кодовое
название "Хатч ".
Место действия - испытательный полигон департамента атомной энергии США для
подземных испытаний ядерного оружия в Неваде. Местность там
в результате многочисленных ядерных взрывов выглядит как лунный кратер.
В эксперименте "Хатч" на 600-метровой
глубине взорвалась атомная бомба взрывной силы в 2000 кт тринитротолуола и
образовала подземный кратер. За 10-7 с бомба выделила 4,5 . 1025 нейтронов/см2 - в 10 миллиардов раз
больше, чем мощнейший реактор.
Когда спустя некоторое время снизилась
радиоактивность, первые партии рискнули на планерах высадиться на месте взрыва,
чтобы подготовить почву для бурения. Редкие трансураны находились в застывшем
конгломерате сплавившихся пород весом около 150 000 т. Чтобы их добыть,
потребовались бы "горнорудные" разработки. Это - безнадежное
предприятие, и потому американцы ограничились буровой пробой в 100 г. Из нее
они извлекли 1010 атомов фермия-257 - исходного вещества для получения 200-го
элемента с относительной атомной массой 500. Это количество в сто раз превышало
полученное до сих пор в мощном реакторе. По приближенной оценке всего при
"Хатч"-взрыве было
синтезировано 0,25 мг фермия-257,
которые, увы, как и те вожделенные 10 г калифорния,
оказались рассеянными в твердой породе. Они и сегодня еще находятся там, если
только не распались.
Эксперимент "Хатч",
а также другие опытные взрывы натолкнули американских специалистов в 1972 году
на далеко идущие планы. При помощи двух термоядерных взрывов, следующих в
кратчайшее время один за другим, можно было бы перескочить через "барьер
синтеза"фермия-258. Тогда можно
было бы синтезировать высшие трансураны прежде, чем вновь распадется этот
весьма короткоживущий промежуточный продукт. Вторая нейтронная молния должна
была бы также перескочить через естественное самопроизвольное деление других
трансуранов. С помощью такого "двойного выстрела" надеялись получить
весомые количества сверхтяжелых элементов, находящихся вблизи порядкового числа
114.
Но и до сих пор эти "процессы синтеза"
остаются лишь теорией. Ведь между СССР и США существуют весьма важные
политические соглашения об ограничении подземных ядерных испытаний. Несмотря на
это, американцы пытаются выдвинуть на первый план научные перспективы такого
двойного взрыва: поскольку реакции между тяжелыми ионами не привели к цели, это
- единственная возможность достигнуть островка устойчивости.
Радиоактивные "отходы" в настоящее время
являются главным источником для получения синтетических элементов. Из
остаточных растворов после переработки отработанного ядерного горючего получают
технеций и прометий, а также искусственные трансураны. На долюнептуния,
америция и кюрия приходятся
соответственно количества 500, 100 и 20 г на тонну выгорания. Таким образом,
регенерационные установки в атомной промышленности служат не только для
необходимого устранения опаснейших продуктов деления, но и для получения ценных
нуклидов.
Однако превращение элементов в атомном реакторе
приводит не только к радиоактивным нуклидам. Из отходов уранового реактора
можно получить в качестве продуктов деления высококачественные благородные
металлы - палладий и родий,-
которые и сегодня считаются весьма ценными. Американские экономисты полагают,
что их извлечение значительно рентабельнее; например, в 1980 году с радиоактивными
отходами будет потеряно столько же родия, сколько его получили из природных
источников с помощью весьма трудоемких процессов.
Чем не алхимия: из урана получить палладий и родий,
более ценные, чем исходное вещество.