Нейтронно-активационный анализ помогает геологам при поисках месторождений золота и серебра. В Советском Союзе в Ташкентском институте ядерной физики разработаны методы гамма-спектроскопического определения содержания золота в скальных породах при помощи бурового зонда, снабженного Cf-источником. Благородные металлы, заключенные в руде или в горных породах, активируются нейтронами. При этом образуются радиоактивные изотопы серебра или золота, которые можно легко различить, зная их период полураспада, а также расположение линий их гамма-спектров. Интенсивность полос дает сведения о содержании металла: в природных породах можно таким путем определить 10[-9] % золота и серебра. Не остается незамеченной даже малейшая пылинка золота.
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 г америция-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*10[8] 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[73]". 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*10[25] нейтронов/см[2] -- 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 10[10] 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 долю нептуния, 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.
Реакторы на быстрых нейтронах, "плутоний на черном рынке"
Плутоний является тем искусственным элементом, который сотворяется рукой человека в очень больших количествах, а именно тоннами. Это производство нельзя ограничить. В любом атомном реакторе неизбежно образуется плутоний. При выгорании 33 г урана-235 до 7 -- 8 г образуется около 6 г 94-го элемента на каждый килограмм реакторного урана. В атомном реакторе на 1000 МВт ежегодно синтезируется от 200 до 250 кг плутония-239. Таким путем в Великобритании на 9-ти атомных станциях, работающих на природном уране, получили до марта 1977 года 7,5 т плутония за счет регенерации реакторных стержней.
Поэтому нетрудно, зная мощность реакторов, рассчитать мировой запас "мирного" плутония, находящегося в виде реакторных стержней. В начале 1976 года он составлял, вероятно, около 60 т. К этому количеству следует добавить официально не известный запас "плутониевого оружия", оцениваемый в 200--300 т. Это количество плутония, находящееся в атомном оружии, не столь уж "секретно": его можно легко рассчитать из концентрации криптона-85 в тропосфере нашей планеты, которая с 1959 года возрастает почти линейно. В атомных реакторах, вырабатывающих плутониевое оружие, этот радиоактивный газ образуется в количестве 0,3 % от общего выхода продуктов в процессе деления и практически целиком ускользает в атмосферу.
