ядерное горючее

ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ (ядерное топливо)

вещество, в котором протекают ядерные реакции с выделением полезной энергии. Различают делящиеся вещества и термоядерное горючее.

Делящиеся вещества (делящиеся материалы) содержат нуклиды, способные к ядерной цепной реакции деления; чаще всего это ²³⁵U или ²³⁹Pu, также м. б. использованы ²³³U или ²⁴¹Pu. Кроме того, в делящихся веществах присутствуют ²³⁸U или ²³²Th, которые сами по себе не способны к самопроизвольной цепной реакции деления, однако в результате ядерных превращений под действием нейтронов м. б. превращены в нуклиды, способные к такому делению, т. е. в ²³³U и ²³⁹Pu (см. фертильные материалы).

Нуклиды ²³⁵U, ²³⁸U и ²³²Th — природные вещества, ²³³U, ²³⁹Pu и ^24lPu — искусственные (см. радионуклиды). Входящий в состав делящихся материалов ²³⁵U — первичное Я. г., это единственный из природных делящихся нуклидов. Его содержание в природном уране 0,7200%; ²³²Th, ²³³U, ²³⁸U, ²³⁹Pu ²⁴¹Pu — вторичное Я. г.

В реакции деления Я. г. выделяется ок. 180 МэВ на один акт деления и испускается неск. нейтронов (в ср. 2,5 для ²³³U и ²³⁵U, 2,9 для ²³⁹Pu и 3,1 для ²⁴¹Pu). Из них 1 нейтрон необходим для поддержания цепной реакции, остающиеся 1 или 2 (реже 3) нейтрона м. б. использованы на восполнение сгоревшего и расширенное воспроизводство Я. г. в виде ²³³U и ²³⁹Pu. По хим. составу Я. г. может быть металлическим (в т. ч. из сплавов), оксидным, карбидным, нитридным и др. Оно должно содержать возможно меньшее количество нуклидов, ядра которых легко захватывают нейтроны и не способны к реакциям деления (т. наз. реакторные яды), быть совместимым с оболочкой тепловыделяющих элементов, обладать высокой температурой плавления, низкой летучестью, большой теплопроводностью, слабым взаимод. с теплоносителями, минимальным растрескиванием и увеличением объема при облучении (радиационное распухание), технологичностью в изготовлении свежего топлива и переработке отработавшего. В пром. масштабах в качестве делящегося вещества в ядерном топливном цикле применяют ²³⁵U и ²³⁹Pu. Теплотворная способность делящихся материалов почти в 2∙10⁶ раз выше, чем у бензина, энергетич. ресурсы разведанных запасов делящихся материалов составляют, по оценке, до 10¹⁹ МДж.

К термоядерному горючему относят дейтерий D, тритий Т и ⁶Li (см. литий). Первичным Я. г. этого типа является дейтерий. ⁶Li служит сырьем для получения вторичного термоядерного горючего — трития — по реакции ⁶Li(n, α)T при облучении природного Li (7,52% ⁶Li). В качестве термоядерного горючего используют дейтерий в смеси с тритием и ⁶Li (в форме LiD и LiТ). При осуществлении ядерных реакций синтеза в горючем протекают реакции:

Выделяющиеся нейтроны поглощаются ядрами ⁶Li, при этом образуется дополнит. количество трития по реакции ⁶Li + п = Т + ⁴Не. Тритий вступает в реакцию с дейтерием, вновь возникают нейтроны, способные взаимод. с ⁶Li, и т. д. Теплотворная способность термоядерного горючего в 5–6 раз выше, чем у делящихся материалов. Запасы дейтерия в гидросфере составляют порядка 10¹³ т, а его энергетич. ресурсы — св. 10²⁵ МДж. В наст. время практически осуществляются только неуправляемые реакции (взрыв), широко ведется поиск методов осуществления управляемой термоядерной реакции, позволяющей в принципе обеспечить человечество энергией практически на неограниченный срок.

_{С. А. Кабакчи}