Давайте сначала разберемся с очевидной разницей: ядерный реактор генерирует электричество, которое может питать мир вокруг нас. Ядерное оружие, ну, мы достаточно знаем об ущербе, который может нанести одно из этих устройств.
Однако возникает интересный вопрос: что мешает электростанции стать ядерным оружием (и наоборот)? Чтобы понять это, нам нужно взглянуть на физику, лежащую в основе обоих процессов, и на то, где они различаются. По сути, оба этих сценария основаны на цепной реакции, известной как деление. Деление высвобождает энергию, заключенную во всей массе, как гласит знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна «E = MC²». И в оружии, и в реакторах это предполагает расщепление атомов урана путем попадания в них субатомных частиц, называемых нейтронами. Успешное попадание расщепляет уран и производит больше нейтронов. Эти нейтроны ударяются о другие атомы, и вуаля: цепная реакция деления.
В ядерном реакторе эта реакция строго контролируется. В наиболее распространенном типе ядерного реактора используются два водяных контура; один для охлаждения реактора, а другой для выработки электроэнергии. Первый гарантирует, что происходит ровно столько деления, сколько необходимо для нагрева второго, который производит пар, который приводит в движение турбины и, в конечном итоге, вырабатывает электричество. Ядерное оружие, с другой стороны, направлено на то, чтобы сделать эту цепную реакцию максимально агрессивной. Другими словами, определяющее различие заключается в следующем: ядерные реакторы полагаются на контролируемое деление, тогда как ядерное оружие требует неконтролируемой реакции.
Контролируемые и неконтролируемые цепные реакции
Как уже отмечалось, и реакторы, и оружие в значительной степени основаны на уране, а точнее на делящемся изотопе уран-235 (U-235), хотя оба могут также использовать плутоний. Однако большая часть урана не представляет собой U-235; вместо этого 99,3% добытого урана представляет собой уран-238 (U-238), и эта необработанная форма непригодна ни в одной ситуации. Таким образом, уран необходимо обогащать. Это происходит в современных центрифугах, которые вращают неочищенный уран так быстро, что более тяжелые атомы U-238 перемещаются за пределы массы. Очень просто: чем дольше вы вращаетесь, тем выше становится плотность U-235.
Чтобы уран можно было использовать на атомных электростанциях, его необходимо обогатить примерно с 0,7% по U-235 примерно до 3–5%. Это считается низкообогащенным ураном (НОУ), и его масса ниже критической массы, необходимой для создания ядерного взрыва. Другими словами, количество НОУ, необходимое для неконтролируемой цепной реакции, слишком велико, чтобы сделать жизнеспособное предложение.
Таким образом, решение проблемы оружия состоит в том, чтобы поместить больше расщепляющегося материала в меньший объем. Вот здесь и нужен высокообогащенный уран. Хотя это применимо к любому урану-235 с содержанием урана 20% и выше, оружейный уран обычно обогащается более чем до 90%. Однако называть его «оружейным» в некоторой степени неправильно, поскольку у него есть несколько нишевых применений, помимо боеприпасов. К ним относятся и военно-морские реакторы, отчасти поэтому на дозаправку атомного авианосца уходят годы.
Чем отличаются осадки от оружия и ядерных реакторов
Хотя ядерная энергетика обычно считается чистой, крупные аварии могут иметь катастрофические последствия. Однако радиоактивные осадки, вызванные такими авариями, отличаются от выпадений ядерных взрывов. Сама природа взрыва ядерного оружия означает, что подавляющее большинство радиоактивных продуктов деления образуется в момент взрыва. Большинство из них недолговечны и имеют тенденцию быстро разрушаться. Как правило, через 48 часов количество остаточной радиоактивности упадет примерно до 1% от уровня, наблюдавшегося через час после взрыва. Однако это может варьироваться в зависимости от того, как взорвалось устройство.
Например, надземные взрывы могут отправить радионуклиды в атмосферу на расстояние 50 миль. В этих случаях более тяжелые частицы имеют тенденцию оседать вблизи места взрыва, тогда как более легкие поднимаются в верхние слои атмосферы и могут оставаться там годами, прежде чем осядут. Их количество в атмосфере после окончания ядерных испытаний в 1980-х годах упало ниже измеримого уровня. Однако на ядерных полигонах, таких как атолл Бикини, по-прежнему наблюдается высокий уровень радиации в грунтовых водах и растительности. Стоит отметить, что большая часть ядерных испытаний проводилась под землей, и в этих случаях осадки обычно сдерживались, если только в результате взрыва радиоактивные обломки не выбрасывались в атмосферу.
В реакторах эти недолговечные продукты деления постоянно распадаются. Однако, поскольку реактор может работать без дозаправки до двух лет, у более старых и долгоживущих продуктов деления есть время накопиться внутри реактора. Это означает, что в редких случаях катастрофических аварий долгоживущие изотопы, такие как стронций-90, могут загрязнять окружающую среду на тысячи лет, как это произошло в случае с Чернобылем.
