Файл: Остроумов Г.Н. Приручение Солнца [очерки].pdf

Б И Б Л И О Т Е К А „ И З В Е С Т И Й

ГЕОРГИЙ 0СТР0УЯ0В

П1111УЧЕН11Е

C 0 1 H U.1

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О

„ИЗВЕСТИЯ''

М О С. К В А • 1 9 6 2

ПЕРВАЯ В МИРЕ

ЭНЕРГЕТИКА ВЧЕРА, СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

АЛ ногие десятки тысяч лет назад единственным источником энергии, служившим человеку, были его соб­ ственные мускулы. Тогда, взрыхляя землю, чтобы до* стать съедобный корешок, преследуя зверя или сшивая одежду из шкур, он мог рассчитывать только на те пол­ киловатт-часа энергии — по привычной теперь единице измерения,— которые способны были выработать его

мышцы за день напряженного труда.

В те времена дикий, теснимый слепыми силами при­ роды, первобытный человек со страхом и трепетом смотрел на лесной пожар, который гнал его в голодную степь, грозил ему гибелью. Но шло время, и человек поселил огонь в своей пещере. Огонь согрел его, сделал его пищу вкусной и сытной, отогнал от жилья зверей.

Это затерянное в глубине времени приручение, огня было великой победой человека. Оно дало ему в руки могучий источник химической энергии, скрытой в де­ реве, угле, нефти. Горящий сучок, который наш далекий предок отважно вытащил из лесного пожарища, был тем факелом, который осветил человеку путь на многие тысячелетия вперед.

7

Мы и сегодня пользуемся той же химической энер­ гией топлива, чтобы согревать наши жилища, двигать автомобили, паровозы и пароходы, чтобы, превратив ее в электричество, пускать в ход станки и машины, разгонять светом ламп ночную темноту.

Сейчас для нас стало привычным, что на заводах и стройках, на транспорте и на полях все основные работы делают машины. Машины приходят и в наш домашний быт: пылесос помогает хозяйке убирать ком­ наты, холодильник сохраняет продукты, вентилятор да­ ет прохладу в жаркий день. И все это возможно потому, что у нас есть источники энергии, которая оживляет, приводит в действие весь многообразный мир тех­

ники.

Современный человек, приступая к работе, рассчи­ тывает уже не на силу своих мускулов, а на мощь тех­ ники, которой он вооружен. Ученые подсчитали, что в наше время в промышленно развитых странах ежеднев­ но на долю каждого человека вырабатывается 20—23 киловатт-часа энергии. А ведь наш далекий первобыт­ ный предок мог обеспечить себе всего 0,5 киловатт-часа

новых гидроэлектростанций. Вот несколько цифр, пока­ зывающих, каким головокружительным темпом увели­ чивал человек свою энергетическую вооруженность.

За восемнадцать с половиной веков, прошедших с начала нашей эры, во всем мире было потреблено такое количество топлива, которое равноценно по содер­ жавшемуся в нем теплу примерно 300 миллиардам тонн угля. За прошедшее столетие — с 1850 по 1950 год — че­ ловечество использовало для своих нужд количество топлива, равноценное 165 миллиардам тонн угля — то

8

есть больше половины того, что было сожжено за пред­ шествующие 1850 лет.

330 миллиардов тонн угля. А ведь производство энергии не только сохранится на теперешнем уровне, а будет расти.

Естественно возникает вопрос: надолго ли хватит угля, нефти и газа, еще таящихся сегодня в недрах зем­ ной коры? Как долго мы сможем черпать щедрой рукой из сокровищницы природы?

Примерные подсчеты говорят, что запасов камен­ ного угля, нефти и газа хватит еще на сотни лет, причем надо иметь в виду, что не все районы земного шара хорошо обследованы геологами. Многие энергетические кладовые природы еще ждут прихода человека.

Наконец, надо помнить и о гидроэнергии. Ее запасы в мире очень велики, и-мы знаем, что и сейчас некото­ рые страны — Норвегия, Швеция, Швейцария, Ита­ лия— большую долю энергии получают со своих гидро­ станций. Колоссальными гидроэнергетическими запаса­ ми располагает наша страна.

Но, к сожалению, и залежи горючих ископаемых, и большие реки не размещены по нашей планете равно­ мерно. Отдельные районы и даже страны лишены и того и другого.

Бедны энергетическими чресурсами Аргентина, Тур­

Все это говорит о том, что перед человечеством стоит важная задача овладеть новым источником энергии.

Этот источник сегодня всем известен. Это — атом. В его ядре содержатся колоссальные запасы энергии,

9

и, научившись освобождать ее и использовать, мы на многие столетия решим проблему снабжения энергией всех тех районов, которые испытывают в ней нужду. Сегодня наука овладела способом получения энергии из атомов урана и тория. Ученые считают, что общие миро­

грандиозный энергетический резерв. Сейчас любой чело­ век в любой части света знает, что уже много лет в нашей стране действует первая в мире АЭС — атомная электрическая станция. И каждому ясно, что, как ни мал^ ее мощность — 5 тысяч киловатт,— по сравнению с современными гигантами тепло- и гидроэнергетики, сооружение АЭС представляет величайшую победу на­ уки и техники, которая распахнула перед человечеством двери в новую, атомную эру.

СОКРОВИЩНИЦА ЭНЕРГИИ

Мы с вами у порога двери, около которой прибита вывеска «Атомная электрическая станция». Сюда при­ вела нас линия электропередачи — такая же, как и все линии,— с ажурными стальными мачтами, с толстыми проводами, по которым течет ток. Но мы не нашли здесь могучей реки, перегороженной плотиной, не увидели гор угля и клубов дыма, поднимающихся над трубами. Перед нами — трехэтажное светло-розовое . здание простой, изящной архитектуры. В его внешнем облике нет чеголибо необычного. Но каждый советский человек с гордо-

10

Атомы так малы, что трудно представить себе их размеры. Если бы мы, например, положили в один ряд сто миллионов атомов водорода, то длина такого ряда была бы всего один сантиметр. И совсем ничтожны раз­ меры ядра атома. Оно в десять тысяч раз меньше, чем сам атом.

Протоны и нейтроны притягиваются друг к другу осо­ быми ядерными силами, которые действуют только на очень малых расстояниях, таких, как размеры самого ядра. И чем меньше частиц в ядре, другими словами, чем легче атом, тем с большей силой сцеплены между собой эти частицы.

Если бы, например, волокна простого листка бумаги были бы соединены друг с другом так же крепко, как про­ тоны и нейтроны в ядре легкого атома, то, чтобы разо­ рвать этот листок, нужно было бы растягивать его не­ скольким сотням паровозов!

, У больших, тяжелых атомов, ядра которых состоят из 200—240 частиц, сцепление между протонами и нейт­ ронами слабее.

Вы спросите: почему?

прежде чем ответить на этот вопрос, давайте пред­ ставим себе очень простой опыт: выплеснем немного во­ ды на сукно. Получится лужица, окруженная капель­ ками. Вот они-то нас и будут интересовать. Если мы приглядимся внимательно к самым маленьким каплям, то заметим, что они представляют собой правиль­ ные 1нарики. Подуйте .на такой шарик, и он по­ катится по ворсинкам сукна: маленькие капли довольно прочны.

Капельки побольше не имеют шаровой формы. Они сплюснуты и-вытянуты. И прочность у них меньше. По­

12

ядра. В физике даже существует «капельная» теория ядра.

Улегких атомов ядра можно представить шариками.

Утяжелых — ядра вытянуты, напоминают дыню. Они менее прочны, как бы «перегружены» частицами.. Дело здесь в том, что, кроме ядерных сил притяжения, в ядре между протонами действуют и электрические силы. Ведь протоны, как вы помните, заряжены, и заряжены одина­ ково: положительно. А одноименные заряды, как извест­ но, отталкиваются. В ядре ядерные силы борются с элек­ трическими. И если в легких атомах верх, берут ядерные силы, то в тяжелых они с трудом удерживают частицы вместе. Стоит чем-либо потревожить тяжелое ядро, и оно развалится на две части. Части разделившегося ядра — их называют осколками — становятся ядрами двух но­ вых, более легких атомов.

Но что же может потревожить атомное ядро?

Обычно это какая-нибудь «блуждающая» части­ ца, не принадлежащая ни одному атому. Например, нейтрон.

Осколки, появившиеся при делении, разлетаются в стороны с огромными скоростями, в десятки ,тысяч ки­ лометров в секунду. Эту стремительность они получают за счет освобождения тех самых ядерных сил, которые сковывают ядро воедино. Освобожденная энергия этих сил и есть атомная энергия. Она как бы дремлет в целом ядре и проявляется только тогда, когда ядро развали­ вается.

На своем пути осколки толкают, ударяют встретив­ шиеся им атомы, заставляют их двигаться быстрее. Сло­ вом, происходит примерно то же, что и на бильярдном столе, когда в кучу шаров врезается с силой пущенный шар. А из физики известно, что чем быстрее двигаются^ атомы какого-нибудь тела, тем выше температура этого' тела, тем сильнее оно нагрето.

13

Но откуда же берутся блуждающие нейтроны?

В очень небольшом количестве они всегда есть в воз­ духе. Однако, если бы мы только на них рассчитывали, никакой пользы от освобождаемой ими атомной энергии мы не получили бы.

Но, оказывается, в тот момент, когда распадается тяжелое ядро, вместе с осколками оно выбрасывает и два-три нейтрона. Эти нейтроны могут служить теми снарядами, которые, попадая в соседние атомы урана, за­ ставят их также делиться. Деление одного ядра влечет за собой деление одного-двух соседних ядер. А они в свою очередь порождают еще нейтроны. И те делят но­ вые и новые ядра. Этот процесс мы называем цепной реакцией. Он похож на то, как один камешек, падая с горы, увлекает за собой вниз целую лавину.

Если не остановить лавину распадающихся ядер, то в очень короткое время выделится огромное количество энергии. Произойдет взрыв. На этом основано действие атомной бомбы.

Когда же нужно получать энергию длительное время и понемногу, мы вмешиваемся в ход деления атомов. Для этого мы «не. разрешаем» всем нейтронам попадать в ядра. Появилось, допустим, после деления одного ядра три нейтрона. Мы «разрешаем» одному из них попасть в соседнее ядро, а двум другим «запрещаем» это сделать. И после, когда по нашему «разрешению» разделится следующее соседнее ядро, мы поступаем подобным же образом с рожденными им нейтронами. При таком управ­ лении у нас все, время будет делиться по одному ядру и взрывной.лавины ,не получится.

Конечно, в этом случае мы получим очень мало энер­ гии. В действительности в установке, где освобождается атомная энергия — в реакторе, «разрешают» одновремен­ но делиться не одному, а многим миллионам атомов, но строго следят за тем, чтобы число их не росло.

14

Но как управлять такими ничтожно малыми ча­ стицами, как нейтроны? Их ведь и в лучший микроскоп не увидишь! Да к,тому же в работающем реакторе их не­ сметное количество. Если бы, например, из нейтронного «роя» удалось зачерпнуть столовой ложкой, то в ней ока­ залось бы столько же нейтронов, сколько людей на всем земном шаре: около трех миллиардов!

ОДнако мы все же нашли способ управлять нейтро­ нами. Есть такие вещества, которые особенно жадно «впитывают» в себя эти частицы, словно сухая губка воду. Одно из таких веществ — карбид бора. Из него делают стержни, которые помещают в реактор, и они как бы «осушают» поток нейтронов. Строгий расчет и опыт помогают оставлять «на свободе» ровно столько нейтро­ нов, сколько нужно для деления положенного числа атом­ ных ядер, для получения нужного количества атомной энергии.

Мы уже говорили о том, что в результате деления ядер атомная энергия переходит в тепловую. Ну, а как из тепловой энергии получают электрическую, известно: нагревая воду, заставляют ее кипеть, а затем получен­ ный пар направляют в турбину, которая вращает элек­ трический генератор.

На этом же принципе устроена и наша атомная элек-- тростанция. Ее особенность состоит в том, что мы, нагрев воду теплом, полученным от атомов, не обращаем ее в пар, а с ее помощью кипятим «другую» воду. Пар из второго, как мы говорим, контура и работает в турбоге­ нераторе. Почему мы прибегаем к такому двухступенча­ тому пути, вы узнаете во время экскурсии.

Конечно, было бы заманчиво отказаться от необходи­ мости нагревать воду, иметь турбину и генератор, до­ ставшиеся атомной энергетике в наследство от господст­ вующего ныне принципа получения электрической энер­ гии из тепловой. Я говорю об ином, прямом пути полу­

15